Polimeraz zincir reaksiyonlarında primer tasarımı için bir python modülü
A python module for primary design in polymerase chain reactions
Yazar: MUSTAFA AKCA
Danışman: YRD. DOÇ. HAKAN KUTUCU
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), Deoksiribonükleik asit (DNA) sarmalının belirlenen iki noktası arasında uzanan, çoğaltılması istenen spesifik DNA parçasının enzimler vasıtasıyla çoğaltıldığı bir metottur. PCR tekniği tıbbi teşhisler, genetik testler, kriminal laboratuvarlarında suç delillerinin incelenmesi, DNA parmak izi arkeolojik fosil organizmaların incelenip sınıflandırılması, DNA miktarı belirleme çalışmaları gibi pek çok amaçla ve alanda kullanılmakta ve giderek kullanım alanı genişlemektedir.  PCR reaksiyonlarının etkili bir şekilde yapılabilmesi için gereken ilk şey en uygun primerlerin tasarlanmasıdır. PCR reaksiyonlarında primer tasarımı başlı başına bir problem olarak günümüzde araştırmacıların önüne çıkmaktadır. Her bir primer kullanılacak olduğu PCR reaksiyonuna özgü olmalıdır. Primerler kullanım amaçları doğrultusunda değişiklik göstermektedirler. Primerler yapay olarak kolayca hazırlanabilmektedirler. Başarılı bir  primer  tasarlamak  için  birtakım  hususlar   göz    
önünde bulundurulmalıdır. Primer uzunluğu 18-25 baz arasında olmalıdır. Primerlerin tekrarlanan dizilerden oluşmamasına dikkat edilmedir. Primer üzerinde bulunan nükleotid dizisi, sadece işlem yapılmak istenen DNA dizisi üzerinde bir alanda bulunmalı, aksi bir yerde ya da diğer bir DNA dizisi üzerinde bulunmamalıdır. Primer tasarımı DNA'da bulunan organik bazların primer üzerinde mümkün mertebe eşit oranda olmasına dikkat edilmedir. Primerler tekrarlı kısım içermemelidir. Primerlerin dimer yapısı oluşturmaması için 3' uçları birbirlerine komplementer yapıda olmamalıdır. Primerleri oluşturan organik bazlardan guanin ve sitozin bazları sayısı, (G, C için G+C) primerin hedef DNA dizisi ile daha kuvvetli bağları oluşturulabilmesi için primer uzunluğuna oranı %40-%60 arasında olmalıdır. Primerlerin erime sıcaklığı da 50°C-65°C derece arasında olmalıdır. Bu kadar karmaşık hesaplar ve kısıtlar primer tasarımı problemini zorlaştırmakta ve maliyetini arttırmaktadır. Bu yüzden laboratuvar ortamındaki primer tasarımından önce simülasyonu için geliştirilen akademik ya da ticari bir çok yazılım mevcuttur. Fakat bu yazılımlar pek çok girdi parametresi alıp araştırmacıları zor durumda bırakmaktadırlar. Bu çalışmada python programlama dilini kullanarak, en az girdi parametresiyle çalışan, yalın, kullanıcı kolaylığı ön planda olan bir modül geliştirilmiştir. Bu sayede araştırmacılar parametre kargaşası yaşamadan sadece kaynak DNA dizisi ile hedef DNA dizisini girdiklerinde uygun primerlerin bulunması sağlanmıştır.

Abstract:
Polymerase chain reaction (PCR) is a metroid that extends between two specified points of the Deoxyribonucleic acid (DNA) coil, amplified by enzymes, of the specific DNA fragment desired to be amplified. The PCR technique is used for many purposes such as medical diagnostics, genetic tests, investigation of criminal evidence in criminal laboratories, examination and classification of archaeological fossil organisms, DNA fingerprints determination of DNA quantity, etc. and the usage area is gradually expanding. The first thing that is necessary for efficient PCR reactions is to design the most appropriate primers. Primer design emerges as a problem as researchers. Each primer should be specific to the PCR reaction to be used. Primers vary in the direction of their intended use. Primers can be easily prepared preternaturally. Some design issues should be considered a primary successful. The primer length should be between 18-25 bases. Attention should be paid to repeated sequences of primers. The nucleotide sequence on the primer should only have a field  
on the DNA sequence to be processed. The organic bases in DNA must be in equal amounts. The primer should not contain repeating parts. The 3' ends of the primers should not be complementary to each other so that the primers do not form a dimer structure. The number of guanine and cytosine bases (G + C for G, C) in the organic bases constituting the primers should be between 40% and 60% of the primer length so that stronger bonds can be formed with the target DNA sequence of the primer. The melting temperature of the primers should be between 50 °C and 65 °C. Such complex calculations and constraints make the problem of primer design difficult and costly. Therefore, before designing the primer in the laboratory environment, there are many academic or commercial software developed for the simulation. But thise software take many input parameters and make researchers difficult. In this work, a module was developed using the python programming language, a simple, user-friendly front panel that works with minimal input parameters. In this way, researchers have been able to find suitable primers only when they enter the target DNA sequence with the source DNA sequence before the parameter confusion.