Hastalıkların Teşhis ve Tedavisinde Farklı Bir Yaklaşım

Hastalıklara sebep olan mekanizmayı anlamak ve bu sayede tedavi yöntemleri geliştirmekle ilgili çalışmalar deyince birçoğumuzun aklına laboratuvarlarda yapılan deneyler gelse de aslında bu önemli çalışmaların bilgisayar modellemeleri yardımıyla yapılması da mümkün. Peki, ama nasıl? Gelin, hastalık teşhis ve tedavisinde önemli bir görev üstlenmeye aday bu yeni çalışma alanının detaylarını Gebze Teknik Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nden Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır’dan öğrenelim.

TÜBİTAK Bilim Genç: Kendinizi kısaca tanıtır mısınız?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Boğaziçi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü mezunuyum. Lisans eğitimim süresince edindiğim mühendislik bakış açısını ve öğrendiğim hesaplamalı analiz tekniklerini canlı sistemlere uygulamak bana çok heyecan verici geldiği için bu alanda akademik çalışmalar yapmaya karar verdim. Doktora eğitimimi Boğaziçi Üniversitesi’nde “maya metabolizmasının sistem biyolojisi yaklaşımıyla modellenmesi” konusunda yürütürken, bütünleşik doktora programı kapsamında çalışmalarımın bir kısmını da Danimarka Teknik Üniversitesi’nde gerçekleştirdim. Ardından, Hollanda’da Amsterdam ve Utrecht üniversitelerinde bir yıl süreyle doktora sonrası araştırmacı olarak çalıştım. 2015 yılında Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) tarafından verilen Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü’nü (GEBİP) aldım. Aynı yıl, çalıştığım alanda saygın bilimsel yayınlardan biri olan Molecular Biosystems dergisinin danışma kuruluna kabul edildim. Araştırmalarımı halen, Gebze Teknik Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nde sürdürüyorum. Diğer yandan kurucu ortaklarından biri olduğum akademik girişimcilik örneği PHI Tech Bioinformatics isimli şirkette Ar-Ge uzmanı olarak çalışıyorum.

TÜBİTAK Bilim Genç: Peki, araştırma konularınız neler?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Biyoinformatik ve sistem biyolojisi alanlarında çalışmalar yapıyorum. Biraz daha açıklamak gerekirse, hastalık sonucu hücrede meydana gelen moleküler değişiklikleri, hesaplamalı veri analizi ve matematiksel modeller kullanarak anlamaya çalışıyorum. Sistem biyolojisini bir örnekle de açıklayabiliriz. Bir aracı oluşturan tüm parçaların özelliklerini çok iyi bilmek, o aracın nasıl çalıştığını anlamamıza yetmez. Parçaların birbirleriyle nasıl bağlandığını ve nasıl etkileştiğini de bilmek gerekir. Aynı şekilde, hücreyi tanımak ve hücredeki bozuklukları düzeltmek için hücredeki biyomoleküllerin özelliklerinin yanı sıra birbirleri ile nasıl etkileşip bilgi taşıdıklarını da bilmek gerekir. Sistem biyolojisi, hücredeki bu etkileşim ağına odaklanıyor. Bu işlem sırasında, yüzlerce molekülün etkileşimi söz konusu olduğundan bu yapıyı anlamak için hesaplamalara ihtiyaç duyuluyor. Biyolojik verilere uygulanan bu hesaplamalı yöntemlere biyoinformatik deniliyor. Bu kapsamda  sistem biyolojisi yaklaşımını kullanarak sinir sistemi dokularında meydana gelen (nörodejeneratif) hastalıklarda ve beyin tümörlerinde, hücrelerde gerçekleşen değişikliklerin moleküler seviyede tespit edilmesi üzerine çalışıyorum. Bununla birlikte, enfeksiyona neden olan mikroorganizmaların insan hücre metabolizmasında yol açtığı değişiklikleri de araştırıyorum.

TÜBİTAK Bilim Genç: Çalışmalarınızda elde ettiğiniz veriler en çok hangi alanlarda kullanılıyor?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Biyolojik verilerin hesaplamalı analizi, öncelikli olarak hastalıkların teşhis ve tedavisinde çok önemli. Bu araştırmalar sonucunda geliştirilen yöntem ve yaklaşımlar özellikle kişiye özel tedavi ve yenilikçi ilaçlar geliştirilmesi açısından büyük önem taşıyor.

Bu bağlamda pek çok çalışma yapılabiliyor. Örneğin en son yayınlanan çalışmamızda, koşul değişikliğinin hücre içindeki hangi metabolik tepkimeleri etkilediğini araştırdık ve benzer yöntemlerden daha iyi sonuç veren yeni bir matematiksel yöntemi bilim dünyasına tanıttık. Aynı çalışmada, geliştirdiğimiz yöntemin uygulamasını göstermek için oksijenli-oksijensiz ortam değişikliğinin maya hücrelerinin metabolizmasına etkisini ve Alzheimer hastalığından etkilenen hücre içi kimyasal tepkimeleri analiz ettik. Şu an, beyin tümörlerinde ortaya çıkan metabolik değişiklikleri doğru bir şekilde tahmin edebilen genom ölçekli bir modelleme yaklaşımı hakkında bir yayınımız Frontiers in Neuroscience dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi.

Tabii bu çalışmaları sadece hastalık teşhis ve tedavisi ile sınırlandırmak doğru olmaz. Çünkü sağlık alanı başta olmak üzere, biyoteknolojinin hemen her alanında sistem biyolojisi yaklaşımını uygulamak mümkün. Biyoinformatik ve sistem biyolojisi, endüstriyel biyoteknoloji olarak bilinen alanda da kullanılıyor. Örneğin biyoinformatik tabanlı modellemeler ile genetik mühendisliği uygulamalarıyla mikroorganizmalarda değişiklikler oluşturup endüstriyel olarak değerli ürünlerin mikroorganizmalara ürettirilmesi de mümkün hale geliyor.

Bütün bunların yanı sıra çevreye zararlı atıkların temizlenmesi, tarım alanında bitkilerin özelliklerinin iyileştirilmesi gibi konularda da bu yaklaşımlar uygulanabiliyor.

TÜBİTAK Bilim Genç: Bu alanda sanayi ile ortak proje geliştirmek mümkün mü?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Tabii ki mümkün. Özellikle ilaç şirketlerinin ve ilaç geliştirme araştırmaları yapan firmaların biyoinformatik ve sistem biyolojisi yaklaşımına çok ihtiyacı var. Yurt dışında çok yaygınlaşan bu konu, ülkemizde ise henüz yeni gelişme aşamasında. Bu nedenle olsa gerek, biyoinformatik üzerine dünyada yüzlerce şirket varken, ülkemizde bu alanda şirketler yeni yeni kuruluyor. Bu şirketlerin büyümesi sonucunda, bu alanda çalışan akademisyenlerin sanayiyle ortak proje geliştirme potansiyeli de artacak gibi görünüyor.

TÜBİTAK Bilim Genç: Biraz da çalışmalarınızı nasıl gerçekleştirdiğinizden bahsedebilir misiniz?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Çalıştığımız alan bilgisayar ortamında gerçekleşen bir bilim dalı olduğu için laboratuvar ortamında deneyler yapmıyoruz. Biyolojik sistemlerin işleyişini moleküler düzeyde açıklamak için başka laboratuvarlarda gerçekleştirilen veya literatürde yer alan deneylerin sonuçlarını inceliyoruz. Bunu yaparken de ileri istatistiksel yöntemleri veya modellemeleri bilişim teknolojileri yardımıyla geliştirip uyguluyoruz.

TÜBİTAK Bilim Genç: Bu çalışmalarda hangi bölümlerden öğrenciler yer alabiliyor?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Araştırma grubum, farklı sayısal bölümlerde eğitim almış tüm lisans mezunlarına açık. Şubat Ayında “Biyoinformatik ve Sistem Biyolojisi” adını taşıyan yüksek lisans programımız da başladı. Bu programın en önemli özelliği, iki önemli bilimsel alanı bir arada sunan ülkemizdeki ilk lisansüstü program olması. Bu yüksek lisans programımızda moleküler biyolojiden elektronik mühendisliğine, fizikten çevre mühendisliğine kadar farklı alanlardan öğrenci kabul edeceğiz. Amacımız, farklı disiplinlerde eğitim görmüş öğrencileri bu araştırma konularında istihdam ederek, farklı bakış açılarıyla zenginleşen ve kalitesini yükselten bir araştırma grubu olmak.

TÜBİTAK Bilim Genç: Peki, bu alanda çalışacak birinin iş imkânları neler olabilir?

Yrd. Doç. Dr. Tunahan Çakır: Biyoinformatik alanı her geçen gün daha da yaygınlaşan bir alan. Hastalık teşhis ve tedavisi ile ilaç modellemesinde kullanılabilmesi nedeniyle özellikle tıp alanında hastanelerde, araştırma gruplarında ve biyolojik veri toplayan cihazları satan firmalarda iş imkânları oluşmuş durumda. Bunların yanı sıra hesaplamalı veri analizi ve matematiksel modelleme, aslında mühendislik şirketlerinde de yaygın olarak kullanılıyor. Dolayısıyla bu alanda çalışan kişiler, isterlerse öğrendikleri hesaplamalı yöntemleri, biyoloji dışındaki iş alanlarına da rahatlıkla uygulayabilir, bu alanlarda iş bulabilirler.