Biyoinformatik dünyasına kaliteli, özgün ve Türkçe içerikler kazandırmayı hedefleyen bir platform..

BLAST: Basic Local Alignment Search Tool(Temel Bölgesel Hizalama Arama Aracı), biyoinformatikte yer alan en dikkat çeken algoritmalardan biridir ve biyolojide sık sık kullanılır. Aslında BLAST, birçok şeyin ortak adı olarak kullanılmaktadır: Hizalama ve karşılaştırma algoritmasının adı, algoritmayı kullanarak hizalama ve karşılaştırma yapan programın adı, hizalama ve karşılaştırma eyleminin adı hep birlikte BLAST olarak tanımlanmaktadır.

Algoritma Olarak BLAST

BLAST, benzerlik sorgusu yapmak istediğimiz diziyi, herhangi bir veri tabanındaki dizilimi bilenen başka dizilerle karşılaştıran sezgisel bir algoritmadır.

Kısaca BLAST, iki dizi arasındaki benzerlikleri, veri tabanlarında yer alan ve bilinen, binlerce dizi ile karşılaştırarak isabet ya da eşleşme olarak sonuç verir. BLAST, biyolojik diziler arasındaki benzerlik bölgelerini bulur ve istatistiksel önemi hesaplar.

Hizalama Motoru(Program) Olarak BLAST

BLAST uygulaması sorgulatılmak istenen protein veya nükleik asit dizisini, benzerlik kıstaslarına ve kendi içinde barındırdığı algoritmaya göre, veri tabanı içinde arayan bir dizi karşılaştırma programı ve dizi hizalama motorudur.

BLAST programı, nükleik asit ve protein sekansı bilinen ancak tanımlanmamış genlerin, veri tabanına yüklenen tüm sekanslarla karşılaştırılarak yüksek oranda benzerlik gösteren gen veya gen bölgelerini listelemektedir.

Eylem Olarak BLAST(blast yapmak)

Herhangi bir moleküle ait sekans bilgisinin, BLAST yapılarak eşleştirilmesi amacıyla en çok bilinen NCBI veri tabanı kullanılır. Ayrıca UniProt Blast ve ExPasy Blast'da bilinmektedir.

BLAST gibi sezgisel yöntemler, hemen hemen kesin sonuçları elde etmek için değerlendirmeler yapmakta ve büyük veri tabanlarında arama yapabilmek için dizi ve hizalama istatistiklerini kullanmaktadır. Bu yöntemler, optimal hizalama sonucunu garantilemez; ancak, yüksek doğruluk ve hızla veri tabanlarının taranmasını mümkün kılar. BLAST, NCBI[ncbi-blast], EMBL-EBI[embl-blast] ve DDJB[ddjb-blast] veri tabanlarında Web servisi olarak hizmete sunulmaktadır.

BLAST'ın Tarihçesi

BLAST yazılımı, Amerikan Sağlık Enstitüsü araştırmacıları Eugene Myers, Stephen Altschul, Warren Gish, David J. Lipman ve Webb Miller tarafından 1990'da geliştirilmiştir.

BLAST'ın Kullanım Amaçları

BLAST'ın temel kullanım amacı hizalanan dizilere ait canlıların benzerliklerinin bulunmasıdır. Bu benzerliklere bakarak bir deneye başlamak daha iyi bir referans noktası elde etmemizi sağlar. Böylece problemi çözmek için harcanacak zaman, para ve enerji önemli derecede azaltılır.

1-DNA/Protein Sekanslarının Benzerlik ve Homoloji Tespiti Amacıyla Kıyaslanması

Homoloji çoğu zaman gen benzerliği ile karıştırılsa da gen benzerliğinden farklı olarak sayısal değil sözel bir kavramdır. Dizilerin ortak bir evrimsel tarihe ve buna bağlı olarak ortak bir atasal diziye sahip olduğunu gösterir. Somutlaştırmak gerekirse iki gen ya homologdur yada değildir. Örneğin, iki gen %80 benzerdir diyebilirken, iki gen %80 homologdur diyemeyiz.

2-Yeni Bulunan Bir Genin İşlevini Bulmaya Yardımcı Olur

Dizilimi yeni yapılmış bir genin ya da proteinin fonksiyonlarını tam olarak öğrenmek için elimizdeki diziyi, bilinen dizilerle kıyaslayarak bu dizinin anlamı ve özellikleri hakkında genel bir bilgi edinip evrimsel açıdan bir ilişki kurabiliriz.

Bu dizinin benzerliklerinin araştırılması, protein işlevinin tanımlanmasında ön bilgi verebilir. Kısacası bir genin işlevini bulmaya yardımcı olacaktır.

3-Geni Bulunan Organizmanın Hangi Türlere Daha Yakın Olduğu Bulunabilir

Canlıların genomunda, türlerin benzerlik derecesine göre farklılık gösteren korunmuş diziler vardır. Diğer bir deyişle, birbirine yakın türlerde bu dizilimler daha yüksek oranda benzerlik gösterebilir. Bu benzerlik oranından hareketle BLAST sorgusu ile yeni keşfedilen organizmanın protein ve DNA dizisi bakımından hangi türlere daha yakın olduğu belirlenebilir.

4-Bir Proteinin Hangi Protein Ailesinde Olduğuna Karar Verilebilir

BLAST araması ile bir genin varyantları anlaşılabilir. Bir proteinin hangi protein ailesinde olduğuna karar verilebilir. Bir DNA örneğinin hangi stres, kimyasal vb. gibi uygulaması sonucunda hangi genlerin sentezlendiği veya söz konusu genlerin hangi koşullar altında düzenlendiği mikrodizin çalışması ile tespit edilebilir.

5-Gen Haritalama(Genin Kromozomdaki Yerini Bulma)

BLAST'ın gen haritalama amaçlı kullanımları da vardır. Bilinen bir organizmada araştırılan bir genin kromozomda nerede olduğu bilinmiyorsa, BLAST yapılarak kromozomdaki yeri bulunabilir.

6- Filojenik (Evrimsel İlişki) ağaçlarının oluşturulması

Evrimsel ilişkileri tanımlayan filojenik ağaçlar oluşturulurken de dizi benzerliğinden ve dolayısı ile hizalama skorları kullanılır.

7-İlaç Geliştirmek İçin Model Organizma Seçimi

İki farklı türden alınan genleri karşılaştırarak, bu türlerin birbirlerine olan yakınlık dereceleri öğrenilebilir ve insanlarda görülen bir hastalığa karşı geliştirilecek olan bir ilacın denenmesi için en iyi model organizma seçilebilir.

NCBI Sunucusunda BLAST Kullanımı

Şimdi bir uygulama örneği ile devam edelim. Öncelikle kendinize ait bir sorgu(query)dizi varsa ilk 5 adımı geçebilirsiniz, yoksa örnek bir sorgu dizisi elde etmek için NCBI'ı kullanacağız. Örnek vereceğimiz proteini seçmeniz, adımları daha rahat takip etmenizi sağlayacaktır.

1. Öncelikle NCBI adresine gidebilirsiniz.

2. Arama kutucuğuna 16S ribosomal protein yazarak Search butonuna tıklayınız.

3. Nükleotit dizisiyle alakalı detaylı bilgilerin yer aldığı kısma gitmek için karşınıza gelen listeden uygun olanı seçiniz.

4. Listeden uygun bir dizinin FASTA formatını seçebilirsiniz. Ruminococcus sp. DSM 100440 contig00009, whole genome shotgun sequence

5. Gelen sayfadan FASTA formatını kopyalayabilir ya da bilgisayarınıza indirebilirsiniz. Ardından sayfanın sol üst tarafında bulunan Run BLAST linkine tıklayınız.

6. Sorgu dizimizi elde ettikten sonra, aslında BLAST sayfasına yeni geldik. Önceki sayfada Run BLAST seçtiğimiz için, sorgu dizisi gelmesi gereken kutucuğun içine otomatik olarak LFIL01000009.1 numarası(Query ID) geldi. İsterseniz bu numarayı silip yerine önceki sayfada kopyaladığınız diziyi yapıştırabilir ya da FASTA dosyasını indirdiyseniz ve bilgisayarınızdan buraya yükleyecekseniz o zaman bu kutucuğu boş bırakabilirsiniz.

BLAST Sonuçlarının Değerlendirilmesi

7. Blast butonuna tıkladıktan bir süre sonra hizalama işlemi bitince aşağıdaki sayfayı görmelisiniz. Burada 4 tane TAB seçeneği mevcut(Description, Graphic Summary, Alignments, Taxonomy). Description bölümünde BLAST sonucunda elde edilen sonuç için açıklamalar yer alır.

Description Bölümü

BLAST arama sonuçlarının karşılaştırılmasında önemli olan bazı parametreler vardır. Bu parametrelere ve bu parametreler arasındaki ilişki incelenerek, sonuçların güvenirliliği veya sorulan bilimsel soruya göre, arama sonuçlarını seçmek mümkündür. BLAST arama sonuçlarının karşılaştırılmasında kullanılan değişkenler;

1. Max Score(Maksimum skor): eşleşmenin ne kadar anlamlı olduğu
2. Total Score(Toplam skor): eşleşen dizilerdeki süreklilik içermeyen eşleşme bölgelerinin eşleşme miktarı
3. Query Coverage(Sorgulama kapsamı): dizinin veri tabanında yer alan benzer dizilerle eşleşme yüzdesini
4. E-Value(E değeri): istatistiksel olarak anlamlılığı
5. Max identity(Maksimum Benzerlik): sorgu dizisi ile eşleşen dizinin en yüksek benzerliğe sahip olduğu bölgenin yüzdesi hakkında bilgiler yer alır.

Özdeşlik Bir hizalamada ki özdeş dizi pozisyonlarının sayısıdır(Identity).

Bu parametrelerin hepsi sonuçların değerlendirilmesi için kullanılmaktadır. Ancak bunlar arasındaki en önemli parametre E-değeri'dir. E-değeri, yaptığımız hizalamaların şans eseri olma ihtimalinin hesaplanması ile sonuçların istatistiksel önemini değerlendirmemizi sağlayan bir parametredir. Bu durumda E-değerimiz 0'a eşit ise, sorguladığımız dizi, çıkan sonuç ile bire bir eşleşmiş demektir ve bu eşleşmede şans faktörü 0'dır.

Sorgulama kapsamı, sorgulatılan dizi ile diğer dizilerin uzunluk bazında eşleşme oranını belirtmektedir.

Maksimum benzerlik ise, sorgulatılan dizi ile diğer diziler arasındaki dizi benzerliğinin yüzde olarak oranını belirtmektedir.

Çıkan sonuçların değerlendirilmesinde, En düşük E-değerine sahip olan, maksimum benzerliği ve sorgulama kapsamı en yüksek olan sonuçlara öncelik verilir. Ancak, BLAST sonuçlarının değerlendirilmesi ve seçimi, sorulan bilimsel biyolojik soruya göre değişiklik gösterebilmektedir.

Alignment Bölümü

Alignment bölümü, dizi elemanlarının nerede eşleştiğini ve boşlukların yerlerini görmemizi sağlar. Ayrıca algoritma değişkenlerinde ayarladığımız puanlara göre eşleşmenin skorunu gösterir. Ek olarak, yüzde olarak özdeşlik ve boşlukların yerleri de bu bölümde gösterilir.

BLAST Grubunun En Önemli Algoritmaları ve Kullanımları

Algoritma	Sorgu Dizisi	Veri Tabanı
blastp	Protein	Protein
blastn	Nükleotidler	Nükleotidler
blastx	Nükleotidler	Protein
tblastn	Protein	Nükleotidler
tblastx	Nükleotidler	Nükleotidler