Akademik Veri Yönetim Sistemi
GÜNDOĞDU A. (Yürütücü), ONUK A. E., ASLAN H., NALBANTOĞLU Ö. U.
TÜBİTAK Projesi, 2021 - 2022
Son dönemde Marmara Denizi’nde ortaya çıkan yoğun musilaj yayılımı tüm dikkatleri üzerine çekmiştir. Ülkemiz de dahil olmak üzere dünya genelinde deniz musilajı içeriği ve oluşum mekanizmaları üzerine gerçekleştirilen çalışmalar daha çok oşinografik şartlar, ortamdaki organik/inorganik maddeler ve fitoplankton/zooplankton komposizyonu üzerine yoğunlaşmaktadır. Musilaj ve içinde bulunduğu akuatik sistemin mikrobiyal içeriğini tanımlamaya yönelik, oldukça kısıtlı bilgi sağlayabilen konvansiyonel kültürleme veya sadece bilinen mikroorganizmalar için tarama yapılmasına olanak sağlayan PCR temelli yöntemlerle sürdürülen çalışmalar mevcuttur. Ancak yüksek organik madde içeriği olan, sürekli farklı kimyasal girdilerin olduğu, UV, tuzluluk, gece-gündüz sıcaklık değişimleri gibi zorlayıcı çevre şartlarının hakim olduğu akuatik ortamın ve taşıdığı musilajın total mikroorganizma içeriğinin ortaya konulması için, bilinmeyen/şimdiye kadar tanımlanmamış, kültürlenemeyen mikroorganizmaları da tanımlayabilecek de novo yaklaşımlara ihtiyaç vardır. Taksonomik tanımlamanın öteside, mikroorganizmaların taşıdığı genlerin tamamını (genomları) haritalayabilmek, metabolik kapasitelerini ve birbirleri ile etkileşimlerini ortaya koyabilmek metagenom boyunda dizileme ve ileri biyoinformatik analizleri içeren yeni nesil yaklaşımların kullanılmasıyla mümkün görünmektedir.
Önerilen projede, Marmara Denizi’nde belirlenmiş farklı istasyonlardan toplanacak su ve musilaj örnekleri için yeni nesil dizileme ve veri bilimi teknolojileri kullanılılarak öncelikle metagenom boyutunda bir tanımlama yapmak ve sonrasında ekolojik birliktelik analizleri üzerinden müsilajı tetikleyen mikrobiyal faktörleri araştırmak konu edinilmiştir. Bu doğrultuda hem örnekler için taksonomik ve fonksiyonel bir haritalama yapılacak hem de musilaj yayılımının akuatik mikrobiyomdaki homeostatik dengenin önemli oranda kaymasıyla ilişkili olduğu hipotezi gözlemlenecektir. Yürütülecek olan ekolojik birliktelik analizleri ve veri madenciliği yöntemleri ile örneklerdeki bozulmuş homeostaz üzerinden sosyal ağda anahtar rol oynayacak mikrobiyal türlerin ortaya çıkarılması sağlanacaktır. Bu şekilde musilaj oluşumunu etkileyen ya da tetikleyen mikrobiyal faktörler ortaya konulmuş olmasının yanında, musilajla mücadelede bakteriyofaj terapi gibi yeni stratejiler geliştirmenin yolu açılmış olacaktır. Proje kapsamında, Halk Sağlığı açısından risk oluşturabilecek patojenlerin varlığı ve bağıl bollukları, direnç genleri ve virülans genler de detaylı bir şekilde dökümente edilecektir. Kullanılacak olan de novo yaklaşımların daha önce tanımlanmamış yeni türleri tarayacak şekilde tasarlanmış olması eğer mevcutsa yeni türlerin keşfine olanak sağlayacaktır. Önerilen proje çağrı kapsamında yer alan “Müsilajın Oluşum Mekanizmalarının Ortaya Çıkarılması/Müsilajı Tetikleyen Faktörlerin Açığa Çıkarılması” ve “Musilajın Halk Sağlığına Etkileri" konuları ile örtüşmektedir. Bunun yanında projenin bakteriyofaj terapi gibi farklı musilaj bertaraf potansiyellerini ortaya çıkaracak nitelik taşıması sebebiyle çıktılar üzerinden musilajın biyoteknolojik bertarfı odaklı yeni projeler oluştururması beklenmektedir.
Proje önerisinde kullanılacak yöntem ve araştırma teknikleri Saha çalışması (İP1), Islak laboratuvar (İP2) ve Kuru Laboratuvar (İP3) süreçleri olmak üzere üç İş Paketi altında toplanmıştır. İP1 kapsamında 17 (14 müsilajlı, 3 musilaj-free) farklı istasyonda 3 farklı derinlikten (yüzey, orta, dip) su ve musilaj örnekleri toplanacak olup, bu basamak Deniz Biyoloğu Prof Dr Herdem Aslan sorumluluğunda iki bursiyer ile gerçekleştirilecektir. İP2’de daha önce toplanmış olan örneklerin dsDNA izolasyonu ve yeni nesil dizileme sistemlerinde (Illumina-NextSeq500) shotgun metagenom dizilemesinden oluşmak olup Moleküler Mikrobiyolog Doç Dr Aycan Gündoğdu sorumluluğunda tamamlanacaktır. İP3’de ise üretilen tüm verilerin ve alınan ölçümlerin biyoinformatik analizlerinden oluşmakta olup Biyoinformatik uzmanı Dr. Öğretim Üyesi Ö. Ufuk Nalbantoğlu sorumluluğunda Veri Bilimi Uzmanı Dr A. Emre Onuk ve Dr Aycan Gündoğdu’yla birlikte yürütülecektir.
Marmara Denizi musilaj örneklerinin (Marmara dışındaki deniz musilajı için metagenom boyunda dizileme ve network analizi çalışmalarına literatürde rastlanılmamıştır) ilk defa metagenom boyutunda dizilecek olması sebebiyle projede üretilecek genom verileri değerlidir. Üretilecek metagenom verileri NCBI’a yüklenerek bilimsel kullanıma sunulacaktır. Proje sonuçlarının musilajın oluşumunda/gelişmesinde etkili olabilecek anahtar mikroorganizmalara işaret etmesi durumu musilajla mücadelede bekteriyofaj terapi gibi mikroorganizmalara yönelik eradikasyon stratejilerini üzerine yoğunlaşılmasının yolunu açacaktır. Musilajın ve onu çevreleyen aquatik ortamın insan patojenleri, rezistom ve virülom yönünden yükünün tayin edilmesi Halk Sağlığı açısından önemli bir yaygın etki oluşturacağı düşülmektedir. Projeyle alanında ilk veriler üretecek olması sebebiyle, çıktıların özellikle boylamsal örnekleme ile musilaj mikrobiyomunun takip edileceği geniş kapsamlı projeler için ve bakteriyofaj terapi gibi bertaraf projeleri için öncül nitelik taşıması olması kuvvetle muhtemeldir.