Üsküdar Üniversitesi İn Silico Araştırmalar Laboratuvarı, biyolojik, kimyasal ve tıbbi süreçlerin bilgisayar simülasyonları, matematiksel modeller ve gelişmiş algoritmalar vasıtasıyla bilgisayar ortamında (in silico) modellenmesi ve analiz edilmesi amacıyla kurulmuş ileri düzey bir araştırma merkezidir.
- Temel Amaç: Moleküler biyoloji, genetik, biyomühendislik ve kimya disiplinlerindeki karmaşık verilerin yüksek performanslı hesaplama yöntemleriyle işlenmesini sağlamak; ıslak laboratuvar (in vitro ve in vivo) çalışmalarından önce potansiyel biyomolekülleri, ilaç adaylarını ve genetik mutasyonları dijital ortamda test ederek zaman ve maliyet optimizasyonu gerçekleştirmektir.
- Akademik Katkı: Laboratuvar, soyut veri yığınlarını ve biyolojik sekansları anlamlı fonksiyonel modellere dönüştürür. Sistem biyolojisi, yapısal biyoinformatik ve evrimsel genetik alanlarında öğrencilere veri madenciliği ve biyoistatistiksel analiz yetkinliği kazandırarak kanıta dayalı hesaplamalı bilimsel araştırmaları akademik düzeyde destekler.
Laboratuvarda Bulunan Cihazlar ve Teknik Donanımlar
Laboratuvar altyapısı, yoğun veri işleme kapasitesine sahip donanımlardan ve moleküler modelleme yazılımlarından oluşmaktadır. Öne Çıkan Özellikler kapsamında laboratuvarda yer alan teknik donanım ve yazılımsal araçlar aşağıda listelenmiştir:
- Yüksek Performanslı İş İstasyonları (Workstations): Karmaşık moleküler dinamik simülasyonlarının ve büyük veri (big data) analizlerinin kesintisiz yürütülmesini sağlayan, yüksek işlemci çekirdeğine (CPU) ve gelişmiş grafik işleme ünitelerine (GPU) sahip bilgisayar sistemleri.
- Moleküler Modelleme ve Görüntüleme Yazılımları (PyMOL, Chimera vb.): Proteinlerin, nükleik asitlerin ve küçük kimyasal ligandların üç boyutlu yapılarını atomik düzeyde incelemek, yüzey yüklerini ve hidrofobik etkileşimlerini haritalandırmak için kullanılan görselleştirme araçları.
- Moleküler Kenetlenme (Docking) Protokolleri ve Araçları: Potansiyel ilaç moleküllerinin hedef reseptör proteinlerine bağlanma afinitelerini, serbest bağlanma enerjilerini ve aktif bölge etkileşimlerini hesaplayan yazılımsal algoritmalar.
- Hizalama ve Genomik Analiz Araçları (BLAST, ClustalW vb.): DNA, RNA ve aminoasit dizilimlerinin karşılaştırılması, filogenetik ağaçların oluşturulması ve mutasyon analizlerinin yapılması amacıyla kullanılan biyoinformatik veri tabanı arayüzleri.
- Veri Analitiği ve Programlama Ortamları: Büyük biyolojik veri setlerinin istatistiksel analizi, filtrelenmesi ve grafikleştirilmesi amacıyla kullanılan programlama dilleri (Python, R vb.) ve komut satırı kütüphaneleri.
Araştırma Alanları ve Uygulama Alanları
Laboratuvarda gerçekleştirilen uygulamalı müfredatlar, Ar-Ge projeleri ve lisansüstü tez çalışmaları hesaplamalı biyolojinin en kritik katmanlarını kapsamaktadır:
- Bilgisayar Destekli İlaç Tasarımı (CADD): Belirli hastalıklara yönelik hedef protein yapılarına karşı en yüksek etkinliği ve en düşük toksisiteyi gösterebilecek yeni kimyasal bileşiklerin moleküler kenetlenme yöntemleriyle taranması (sanal tarama / virtual screening).
- Yapısal Biyoinformatik ve Homoloji Modelleme: Üç boyutlu yapısı deneysel olarak henüz çözülmemiş proteinlerin, bilinen benzer sekanslar üzerinden matematiksel algoritmalarla 3D yapılarının tahmin edilmesi ve doğrulanması.
- Genomik ve Proteomik Veri Madenciliği: Yeni nesil dizileme (NGS) sistemlerinden elde edilen ham genetik verilerin işlenmesi, hastalıklarla ilişkili tek nükleotid polimorfizmlerinin (SNP) tespiti ve protein ekspresyon profillerinin analizi.
- Moleküler Dinamik (MD) Simülasyonları: Protein-ligand veya protein-protein komplekslerinin belirli bir zaman dilimi içinde, fizyolojik sıcaklık ve basınç koşulları altındaki atomik hareketlerinin ve yapısal kararlılıklarının zamana bağlı olarak simüle edilmesi.
Öğrencilere ve Sektöre Sağladığı Katkılar
İn Silico Araştırmalar Laboratuvarı, öğrencilerin dijital çağın gereksinimlerine uygun analitik mühendislik reflekslerini geliştirerek onları küresel biyoteknoloji ve ilaç pazarına hazırlar.
- Maliyet ve Zaman Yönetimi Yetkinliği: Öğrenciler, milyonlarca molekülü ıslak laboratuvarda tek tek denemek yerine, in silico yöntemlerle hedefi daraltmayı ve sadece en yüksek başarı potansiyeli olan adayları laboratuvara taşımayı öğrenerek Ar-Ge süreçlerinde optimizasyon disiplini kazanırlar.
- Sektörel İstihdam Gücü: Bu laboratuvardaki biyoinformatik araçları, veri analizi yöntemlerini ve modelleme yazılımlarını başarıyla kullanan mezunlar; ilaç şirketlerinin tasarım ve preklinik Ar-Ge departmanlarında, biyoteknoloji start-up firmalarında, kişiselleştirilmiş tıp ve genetik tanı merkezlerinde, veri analitiği şirketlerinde "Biyoinformatik Uzmanı", "Hesaplamalı Biyolog", "Veri Analisti" veya "Ar-Ge Araştırmacısı" olarak hızla istihdam edilirler.
Sıkça Sorulan Sorular
Bu laboratuvarı hangi bölümler kullanır?
Bu laboratuvarı öncelikli olarak Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi bünyesinde yer alan Moleküler Biyoloji ve Genetik (İngilizce/Türkçe) ile Biyomühendislik lisans ve lisansüstü programları öğrencileri ve araştırmacıları aktif olarak kullanmaktadır. Ayrıca bilgisayar mühendisliği, yazılım mühendisliği, eczacılık ve kimya gibi disiplinler arası hesaplamalı projeler yürüten diğer programlar da laboratuvardan faydalanabilmektedir.
Laboratuvarda hangi testler ve analizler yapılır?
Laboratuvarda protein-ligand moleküler kenetlenme (docking) analizleri, protein yapı tahmini ve homoloji modelleme testleri, moleküler dinamik (MD) kararlılık simülasyonları, genomik dizi hizalama (sequence alignment) işlemleri ve biyolojik büyük veri setlerinin biyoistatistiksel analizleri gerçekleştirilir.
Laboratuvarda kimyasal maddeler veya canlı organizmalarla çalışılıyor mu?
Hayır, bu laboratuvar bir "kuru laboratuvardır" (dry lab). Laboratuvarda fiziksel kimyasal reaktifler, canlı hücreler, bakteriler veya doku örnekleri bulunmaz; tüm deneysel süreçler yüksek performanslı bilgisayarlar, yazılımlar ve dijital veri tabanları üzerinden tamamen dijital ortamda yürütülür.
Laboratovar dışarıdan sektörel iş birliklerine açık mıdır?
Evet, laboratuvar ilaç sanayii kuruluşları, biyoteknoloji start-up firmaları ve klinik araştırma merkezleri ile ortaklaşa yürütülecek bilgisayar destekli ilaç molekülü keşfi, genetik veri analitiği prototiplendirmesi ve hesaplamalı biyoloji projeleri kapsamında sektörel iş birliklerine açık bir altyapıya sahiptir.
Öğrenciler ders saatleri dışında bireysel araştırmaları için laboratuvarı kullanabilir mi?
Evet, öğrenciler lisans bitirme projeleri, TÜBİTAK öğrenci araştırma projeleri veya lisansüstü tez çalışmaları kapsamında; laboratuvar koordinatörlerinin onayı, iş istasyonlarının işlemci yükü takvimi ve doğrudan uzman gözetimi dahilinde ders dışı saatlerde de laboratuvardaki hesaplamalı altyapıdan ve yazılımlardan faydalanabilmektedir.
Öğrenci Başvuru Formu (doldurularak nigar.carsibasi@uskudar.edu.tr adresine iletilir)
Öğretim Elemanı Başvuru Formu (doldurularak nigar.carsibasi@uskudar.edu.tr adresine iletilir)
