SARS-COV-2 spike proteininin evrimsel yollarının değişebilirlik haritaları ile tahmini / Rabia Kaşıkcı ; thesis advisor Ersin Emre Ören.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Nisan 2025.

Virüsler, bulaşıcı ajanlar olarak insanlarda hastalıklara ve ölümlere yol açabilmektedir. Bu olumsuz etkileri önlemek için aşılar ve ilaçlar geliştirilmiş olsa da virüsün genetik yapısında meydana gelen mutasyonlar sebebiyle virüs, bağışıklık sisteminden kaçma ve konak hücreye daha iyi bağlanma gibi özellikler kazanarak tedavilere karşı dirençli hale gelebilir. Küresel COVID-19 pandemisi, yeni SARS-CoV-2 varyantları ortaya çıktıkça virüsün genetik materyalinde meydana gelen değişikliklerin hızlı, güvenilir ve etkili bir şekilde izlenmesi ve tahmin edilmesi gerekliliğini ortaya koymuştur. Virüsün yeni genetik yapısına uygun ilaç ve aşıların geliştirilmesi maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, SARS-CoV-2'nin genomunda meydana gelebilecek mutasyonları ve bu mutasyonların etkilerini henüz gerçekleşmeden önce tahmin etmek ve gerekli önlemleri almak kritik önem taşımaktadır. Bu tezde, COVID-19 pandemisine yol açan SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel süreci incelenmiş ve gelecekte meydana gelebilecek önemli mutasyonların tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, öncelikle virüsün insan hücrelerini enfekte etmesinden sorumlu Spike (S) proteini bölgesine ait gen dizileri GISAID veri tabanından temin edilmiş ve ardından bu diziler çeşitli çoklu hizalama yöntemleri (Clustal Omega, MAFFT, TCoffee, vb.) ile hizalanmıştır. Daha sonra bu hizalamalar, çeşitli skor fonksiyonları (Karlin, Sander, Valder, vb.) kullanılarak her bir amino asit için değişebilirlik skorları hesaplanmıştır. Elde edilen değişebilirlik skorları arasındaki korelasyon analiz edilerek S proteininde korunmaya ve değişmeye yatkın bölgeler belirlenmiştir. Hesaplanan değişebilirlik skorları ve deneysel mutasyon oranı kullanılarak, rastgele yürüyüş yöntemi ile gelecekte meydana gelebilecek mutasyonlar tahmin edilmiştir. Bu çalışmanın, SARS-CoV-2 virüsünün evrimsel dinamiklerinin anlaşılmasına katkı sağlaması beklenmektedir.

Viruses are known as infectious agents and can cause diseases and deaths in humans. Although vaccines and drugs have been developed to prevent these effects, mutations occurring in the genetic structures of viruses may enable them to acquire characteristics such as evading the immune system and binding more effectively to host cells, thereby becoming resistant to existing treatments. The global COVID-19 pandemic has highlighted the necessity of monitoring and predicting genetic changes in the virus quickly, reliably, and effectively as new SARS-CoV-2 variants emerge. Developing new drugs and vaccines that match the virus's updated genetic content is costly and time-consuming. Therefore, predicting possible mutations in the SARS-CoV-2 genome and their potential effects before they occur, and taking the necessary precautions, is of great importance. In this thesis, the aim is to study the evolutionary process of the SARS-CoV-2 virus, which causes COVID-19 pandemic, and to predict significant future mutations. To achieve this, genetic sequences of the spike protein region, which is responsible for the virus infecting human cells, were first obtained from the GISAID database. These sequences were then aligned using various multiple sequence alignment methods (such as Clustal Omega, MAFFT, and T-Coffee). Subsequently, these alignments were used to calculate mutability scores for each amino acid based on different scoring functions (such as Karlin, Sander, Valdar, etc.). By examining the correlation between the obtained scores, regions of the virus that are either conserved or prone to change were identified. Using the calculated mutability scores and experimental mutation rates, potential future mutations were predicted through a random walk method. The studies conducted in this thesis are expected to contribute to the prediction of the evolutionary trajectory of the SARS-CoV-2.