BIOINFORMATIKA
Sebelumnya, saya sempat membahasa seputar Bioinformatika pada blog ini secara singkat. disini saya akan mencoba menjabarkannya kembali agar lebih menambah wawasan para pembaca seputar Bioinformatika.
PENDAHULUAN
Bioinformatika merupakan ilmu terapan yang
lahir dari perkembangan teknologi informasi dibidang molekular. Pembahasan
dibidang bioinformatik ini tidak terlepas dari perkembangan biologi molekular
modern, salah satunya peningkatan pemahaman manusia dalam bidang genomic yang
terdapat dalam molekul DNA.
Kemampuan untuk memahami dan memanipulasi kode genetik DNA ini
sangat didukung oleh teknologi informasi melalui perkembangan hardware dan
soffware. Baik pihak pabrikan sofware dan harware maupun pihak ketiga dalam
produksi perangkat lunak. Salah satu contohnya dapat dilihat pada upaya Celera
Genomics, perusahaan bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan
sekuen genom manusia yang secara maksimal memanfaatkan teknologi informasi
sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa
tahun).
Perkembangan teknologi DNA rekombinan
memainkan peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA
rekombinan memunculkan suatu pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organisme
yang dikenala bioteknologi. Perkembangan
bioteknologi dari bioteknologi tradisional ke bioteknologi modren salah satunya
ditandainya dengan kemampuan manusia dalam melakukan analisis DNA organisme,
sekuensing DNA dan manipulasi DNA.
Sekuensing DNA satu organisme, misalnya suatu
virus memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida atau molekul DNA atau sekitar 11
gen, yang telah berhasil dibaca
secara menyeluruh pada tahun 1977. Kemudia Sekuen seluruh DNA manusia terdiri
dari 3 milyar nukleotida yang menyusun 100.000 gen dapat dipetakan dalam waktu
3 tahun, walaupun semua ini belum terlalu lengkap. Saat ini terdapat milyaran
data nukleotida yang tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan
tahun 1982.
TEORI
Bioinformatika ialah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisis
informasi hayati. Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika,
dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah
biologi, terutama yang terkait dengan penggunaan sekuens DNA dan asam amino.
Contoh topik utama bidang ini meliputi pangkalan datauntuk
mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence alignment),
prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresigen.
Bioinformatika pertamakali dikemukakan pada
pertengahan 1980an untuk mengacu kepada penerapan ilmu komputer dalam bidang biologi. Meskipun
demikian, penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika seperti pembuatan
pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens biologi telah
dilakukan sejak tahun 1960an.
Kemajuan teknik biologi
molekuler dalam
mengungkap sekuens biologi protein (sejak awal1950an)
dan asam nukleat (sejak 1960an) mengawali perkembangan
pangkalan data dan teknik analisis sekuens biologi. Pangkalan data sekuens protein mulai
dikembangkan pada tahun 1960an di Amerika Serikat,
sementara pangkalan data sekuens DNA dikembangkan pada akhir 1970an di Amerika
Serikat dan Jerman pada Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (European Molecular Biology
Laboratory).
Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan
1970an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang dapat
diungkapkan pada 1980an dan 1990an.
Hal ini menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, yang
meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya
menyebabkan lahirnya bioinformatika.
Perkembangan jaringan internet juga mendukung berkembangnya
bioinformatika. Pangkalan data bioinformatika yang terhubungkan melalui
internet memudahkan ilmuwan dalam mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam
pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi sebagai bahan
analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui internet
memudahkan ilmuwan dalam mengakses program-program tersebut dan kemudian
memudahkan pengembangannya.
Pangkalan Data sekuens biologi dapat berupa pangkalan
data primer untuk menyimpan sekuens primer asam nukleat dan protein,
pangkalan data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan pangkalan data
struktur untuk menyimpan data struktur protein dan asam nukleat.
Pangkalan data utama untuk sekuens asam
nukleat saat ini adalah GenBank (Amerika Serikat), EMBL (the
European Molecular Biology Laboratory, Eropa), dan DDBJ (DNA Data
Bank of Japan, Jepang). Ketiga pangkalan data tersebut bekerja
sama dan bertukar data secara harian untuk menjaga keluasan cakupan
masing-masing pangkalan data. Sumber utama data sekuens asam nukleat adalah
submisi (pengumpulan) langsung dari peneliti individual, proyek sekuensing genom, dan
pendaftaran paten. Selain berisi
sekuens asam nukleat, entri dalam pangkalan data sekuens asam nukleat pada
umumnya mengandung informasi tentang jenis asam nukleat (DNA atau RNA), namaorganisme sumber asam nukleat tersebut, dan
segala sesuatu yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat tersebut.
Selain asam nukleat, beberapa contoh
pangkalan data penting yang menyimpan sekuens primer protein adalah PIR (Protein Information Resource, Amerika
Serikat), Swiss-Prot (Eropa), danTrEMBL (Eropa). Ketiga pangkalan data tersebut telah
digabungkan dalam UniProt,
yang didanai terutama oleh Amerika Serikat. Entri
dalam UniProt mengandung informasi tentang sekuens protein, nama organisme
sumber protein, pustaka yang berkaitan, dan komentar yang pada umumnya berisi
penjelasan mengenai fungsi protein tersebut.
Perangkat bioinformatika yang berkaitan erat
dengan penggunaan pangkalan data sekuens Biologi ialah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool).
Penelusuran BLAST (BLAST search) pada pangkalan data sekuens
memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens baik asam nukleat maupun protein
yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimilikinya. Hal ini berguna misalnya
untuk menemukan gen sejenis pada beberapa organisme atau untuk memeriksa keabsahan hasil sekuensingatau
untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuensing. Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah
penyejajaran sekuens.
PDB (Protein
Data Bank, Bank Data Protein) ialah pangkalan data tunggal yang menyimpan
model struktur tiga dimensi protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental (dengankristalografi sinar-X, spektroskopi NMR, dan mikroskopi elektron). PDB menyimpan data struktur sebagai koordinat tiga dimensi yang
menggambarkan posisi atom-atom dalam
protein atau pun asam nukleat.
ANALISA DAN KESIMPULAN
Analisa pada
Bioinformatika diantaranya adalah Ekspresi gen. Ekspresi gen dapat ditentukan dengan
mengukur kadar mRNA dengan berbagai macam teknik (misalnya dengan microarray ataupun Serial Analysis of Gene Expression ["Analisis Serial Ekspresi Gen", SAGE]).
Teknik-teknik tersebut umumnya diterapkan pada analisis ekspresi gen skala
besar yang mengukur ekspresi banyak gen (bahkan genom) dan menghasilkan data skala besar. Metode-metode
penggalian data (data mining) diterapkan pada data tersebut untuk
memperoleh pola-pola informatif. Sebagai contoh, metode-metode komparasi
digunakan untuk membandingkan ekspresi di antara gen-gen, sementara
metode-metode klastering (clustering) digunakan untuk mempartisi data
tersebut berdasarkan kesamaan ekspresi gen.
Dengan Bioinformatika, data-data yang dihasilkan dari proyek genom dapat
disimpan dengan teratur dalam waktu yang singkat dengan tingkat ketepatan yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu. Dalam dunia kedokteran, keberhasilan proyek genom ini membuka kemungkinan luas
untuk menangani berbagai penyakit
genetik serta memprediksi resiko terkena
penyakit genetic itu sendiri. Juga dapat digunakan untuk
mengetahui respon tubuh terhadap obat
sehingga keefektivitasan pengobatan dapat ditingkatkan. Karena Bioinformatika merupakan suatu
bidang interdisipliner, maka
Bioinformatika harus didukung oleh disiplin ilmu lain
untuk dapat saling menunjang sehingga bermanfaat untuk kepentingan manusia. Bidang yang terkait dengan Bioinformatika diantaranya adalah Biophysics,
Computational Biology,Medical In.
REFERENSI
