Ağlar ve Mikroplar… Ne alaka!?

Hayat tanımının en ilginç olanını Amerikalı bir arkadaşımdan, Lauren’dan almıştım. Hayatı iplikçiklerden oluşan bir sicime benzetmişti, sarmal halinde.. Her bir iplikçik bir kişi ile kurduğun ilişki. Her ilişki o sicimi daha da kalınlaştırıyor, hayatını zenginleştiriyor.. Bazı noktalarda sicimden iplikçikler kopuyor, bazı yerlerde inceliyor bazı yerlerde kalınlaşıyor.. Sonuç olarak hayat bir networkler bileşkesi.

Network dilinde, iki şey arasında kurulan herhangi bir ilişki bir bağ oluşturuyor, o bağa isim veriyoruz, yani ilişkiyi tanımlıyoruz. O şeylere de düğüm diyoruz.. Bazen ilişki bir düğümden diğerini takip ederek ilerlerken bazen de sadece birleştiricilik görevi görüyor.

Temel olarak bir ağın iki temel bileşeni vardır.

1- Düğüm

2- Kenar (yani ilişki)

Internet, web sayfaları birer düğüm ve aralanındaki bağlantılar da kenar olacak şekilde kocaman bir ağdır. Ulaşım ağı, her şehir bir düğüm, şehri birbirine bağlayan yollar kenar olacak şekilde bir ağdır. Sosyal ağlar, kişileri ve çeşitlli ilişkileri gözönüne alarak bir ağ oluşturur. Örneğin, fikir alış veriş ağı da bir çeşit sosyal ağdır, fikir değişimi yapılan kişiler düğüm, fikir danışma eylemi ise kenar olarak tanımlanabilir.

Düğüm ve Kenar dışında ilişkiler üzerine değerler, ağırlıklar (weight) konabilir. Değerli ilişkiler yüksek ağırlıklı tanımlanabilir.

İlişkiler yönlü de tanımlanabilir. Örneğin, ulaşım ağında tek yön olan yollar için yönlülük tanımlaması yapılmalıdır. (directed, undirected network)

Benim ilgi alanımın girdiği ağ çeşidi ise Biyolojik Ağlar. Gen ağları, Protein etkileşim ağları, Metabolik ağlar, Sinir ağları gibi biyolojik ağlar tanımlanmış. Benim derdim ise mikroplarla. Çünkü artık mikrop dediğimiz şey bir dna topluluğu yani ATCG’lerden oluşan bir biyolojik data. Bir veri bilimcisi için de data datadır! 🙂

Peki mikroplar için nasıl ilişkiler mevcut olabilir? Mikrobik ilişkiler (Microbial association), mikropların ortamda bulunurluluğu, ne kadar bulunduğu gibi özellikleri ile belirlenmeye çalışılmış. İki farklı mikrobun farklı örnekte birlikte bulunması üç farklı yol düşünülebilir:

1) Benzerlik: Örneklerdeki iki farklı mikrobun dağılımı incelenip, birlikte bulunurlukları üzerine bir ilişki tanımlanabilir. Fakat Gerçek hayatta, bir mikrobun bir ortamda bulunması, farklı diğer mikropların da o ortamda bulunmasına bağlı olabiliyor. Burda 2) regresyon bir çözüm üretebilir. Çünkü regresyon ile bir mikrobun diğerlerine bağlı olarak bulunurluk seviyesi tahmin edilebilir. 3) seçenek ise veri madenciliği tekniklerinden kural çıkarımı (rule mining) tekniği ile mikropların bulunurluluğu üzerine bir kurallar dizisi çıkarılabilir.

Tabi bu tanımlanan ilişkiler bize mikroplar üzerine de ağlar örmemize olanak verir. Her bir mikrop bir düğüm olarak almak mümkün olamaz.. QIIME‘da %97 benzer olan mikroplardan OTU’lar oluşturulur. Referans veritabanı sayesindede otu’lara bir filum, sınıf, takım, aile gibi biyolojik sınıflandırmalar atanır. Bu biyolojik sınıflandırma bir düğüm olarak kullanılabilir. Birlikte bulunurluluk durumu da kenar olarak alınabilir. Kenarlar üzerine bulunuşluk oranları ağırlık olarak verilebilir. Mikropların kendi arasında oluşturduğu bu tarz ağlara “microbial co-occurance network” deniyor ve bu ağları oluşturmak için literatürde 5 farklı yöntem buldum:

  • Correlation and Regression Based
  • Graphical Model Inference
  • Local Similarity Analysis
  • Bayesian Networks
  • Mutual Information

Co-occurrance ağı kurmak istiyorsanız, bunlara detaylı bakabilirsiniz.

Şimdi olaya farklı bir açıdan bakalım….

Araştırmalarda, mikropların kendi içlerindeki ilişkileri dışında, çevreleri ve coğrafik konumları ile de ilişki içerisinde oldukları görüldü. Her yüzeyin kendine has bir mikrobik yapısı olduğu bunun da rastgele oluşmadığı görülmüş. Ayrıca her coğrafik konuma göre mikrobik toplulukların farklılaştığı görülmüş. Dolayısıyla, örnekler ve onların mikropları üzerine bir ilişki tanımlanabilir. Öyleki, İnsan Mikrobiyom Projesi ile görüldü ki insanın deri, ağız, dışkı, mide gibi farklı bölgelerinde karakteristik mikroplar yer almakta. Çevresel Mikrobiyom çalışmaları da çevre ile mikrobiyomu arasındaki ilişkiyi araştırmakta. Şimdi sorumuz şu: Çevresel Mikrobiyomdaki ağ yapısı nasıldır acaba?

779 total views, no views today