Aplikasi Teknologi Informasi dalam bidang biologi molekul
untuk memahami genomtelah melahirkan bidang Bioinformatika. Genommerupakan
cetak biru informasi genetik yangdisandi dalam kode genetik, mampu dimanipulasi
dengan menggunakan TI sehingga penelitianapapun (contohnya yang berhubungan
dengan sekuen genom) bisa berlangsung lebih cepat.Kelahiran Bioinformatika juga
berasal dari perkembangan bioteknologi DNA rekombinan,terutama pada kemampuan
manipulasi DNA
. Rantai/sekuen DNA memunculkan arus informasiyang disebut
sentral dogma dalam biologi molekul. Kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpandan
menganalisa data biologis dari database DNA, RNA maupun protein inilah yang
semakinmemacu perkembangan kajian Bioinformatika.Bioinformatika secara umum
digambarkan sebagai segala bentuk penggunaan komputerdalam menangani
informasi-informasi biologi khususnya komponen molekul dari makhluk hidup.Bioinformatika
menggunakan komputer untuk menyimpan, melihat, mengambil data,menganalisa atau
memprediksi komposisi serta struktur dari biomolekul bahkan melakukansimulasi
karena perkembangan kemampuan komputasi semakin tinggi dan pesat.
Program dalambioinformatika sendiri menggunakan dasar dan
berbagai sudut pandang ilmu matematika, statistikdan komputasi dengan tujuan
untuk menyelesaikan masalah biologi terkait sekuen DNA, asamamino dan informasi
terkait lainnya.Komputasi mampu merealisasikan monomer-monomer penyusun
makromolekul dariDNA sebagai huruf-huruf dari alfabet dalam sebuah aturan yang
telah diprogram sebelumnyauntuk membawa pesan atau melakukan kerja di dalam
sel. Bioinformatika telah berkembang pesatdan hingga saat ini pencapaian
terbesarnya adalah selesainya proyek pemetaan genom manusiayang membawa
perubahan besar pada sistem hidup manusia. Berbagai cabang ilmu dan teknologi
A.
Sejarah
Bioinformatika
Bioinformatika (bioinformatics) adalah (ilmu yang
mempelajari) penerapan Teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis.
Bioinformatika adalah ilmu yang mempelajari penerapan tekhnik komputasional
untuk mengelola dan menganalisis informasi biologi. Bidang ini mencakup
penerapan metode-metode matematika, statiska, dan informatika untuk memecahkan
masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam
amino.
Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika,
dan informatika untuk
memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino serta
informasi yang berkaitan dengannya. Contoh topik utama bidang ini
meliputi basis data untuk mengelola informasi biologis,
penyejajaran sekuens (sequence alignment), prediksi struktur untuk meramalkan
bentuk struktur protein maupun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik,
dan analisis ekspresi gen (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999. ).
Istilah bioinformatics mulai dikemukakan pada
pertengahan era 1980-an untuk mengacu pada penerapan komputer dalam
biologi. Namun demikian, penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika seperti
pembuatan basis data dan pengembangan algoritma untuk
analisis sekuens biologis sudah
dilakukan sejak tahun 1960-an (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith.
1999. ).
Kemajuan teknik biologi
molekular dalam mengungkap sekuens biologis dari protein (sejak
awal1950-an)
dan asam nukleat (sejak 1960-an) mengawali
perkembangan basis data dan teknik analisis sekuens biologis. Basis data
sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960-an di Amerika
Serikat, sementara basis data sekuens DNA dikembangkan pada akhir
1970-an di Amerika Serikat dan Jerman (pada European
Molecular Biology Laboratory, Laboratorium Biologi Molekular Eropa). Penemuan teknik sekuensing DNA
yang lebih cepat pada pertengahan 1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan
jumlah sekuens DNA yang berhasil diungkapkan pada 1980-an dan1990-an,
menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, meningkatkan
kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan
lahirnya bioinformatika (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999. ).
Perkembangan Internet juga
mendukung berkembangnya bioinformatika. Basis data bioinformatika yang
terhubung melalui Internet memudahkan ilmuwan mengumpulkan hasil sekuensing ke
dalam basis data tersebut maupun memperoleh sekuens biologis sebagai bahan
analisis. Selain itu, penyebaran program-program
aplikasi bioinformatika melalui Internet memudahkan ilmuwan mengakses
program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya (Attwood,
T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
B.
Penerapan
Bioinformatika
1.
Basis
data sekuens biologis
Sesuai dengan jenis informasi biologis yang disimpannya, basis data sekuens
biologis dapat berupa basis data primer untuk menyimpan sekuens primer asam nukleat maupun protein,
basis data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan basis data
struktur untuk menyimpan data struktur protein maupun asam nukleat (Krane,
D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
Basis data utama untuk sekuens asam nukleat saat ini
adalah Gen Bank (Amerika
Serikat),EMBL (Eropa)
dan DDBJ (DNA Data Bank
of Japan, Jepang).
Ketiga basis data tersebut bekerja sama dan bertukar data secara harian untuk
menjaga keluasan cakupan masing-masing basis data. Sumber utama data sekuens
asam nukleat adalah submisi langsung dari periset individual, proyek
sekuensing genom,
dan pendaftaran paten.
Selain berisi sekuens asam nukleat, entri dalam basis data sekuens asam nukleat
umumnya mengandung informasi tentang jenis asam nukleat (DNA atau RNA), nama organisme sumber
asam nukleat tersebut, dan pustaka yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat
tersebut(Krane, D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
Sementara itu, contoh beberapa basis data penting yang
menyimpan sekuens primer protein adalah PIR (Protein
Information Resource, Amerika Serikat), Swiss-Prot (Eropa), dan TrEMBL(Eropa). Ketiga basis 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 umumnya berisi penjelasan mengenai fungsi protein
tersebut (Krane, D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
2.
Bioinformatika
dalam bidang klinis
Perananan Bioinformatika dalam bidang klinis ini sering
juga disebut sebagai informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi dari
clinical informatics ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari
pasien melalui Electrical Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement
J.
3.
Bioinformatika
untuk penemuan obat
Penemuan obat yang efektif adalah penemuan senyawa yang
berinteraksi dengan asam amino yang berperan untuk aktivitas (active site) dan
untuk kestabilan enzim tersebut. Karena itu analisa struktur dan fungsi enzim
ini biasanya difokuskan pada analisa asam amino yang berperan untuk aktivitas
(active site) dan untuk kestabilan enzim tersebut.. Dengan adanya
Bioinformatika, data-data protein yang sudah dianalisa bebas diakses oleh
siapapun, baik data sekuen asam amino-nya seperti yang ada di SWISS-PROT (http://www.ebi.ac.uk/swissprot/)
maupun struktur 3D-nya yang tersedia di Protein Data Bank (PDB)
(http://www.rcsb.org/pdb/). Dengan database yang tersedia ini, enzim yang baru
ditemukan bisa dibandingkan sekuen asam amino-nya, sehingga bisa diperkirakan
asam amino yang berperan untuk active site dan kestabilan enzim tersebut. Hasil
perkiraan kemudian diuji di laboratorium. Dengan demikian, akan lebih menghemat
waktu dari pada analisa secara random.
4.
Bioinformatika dalam Sistem
Informasi Geografi (SIG)
SIG adalah Pengintegrasian data
sistem informasi geografi (SIG) seperti peta, sistem cuaca, dengan hasil
kesehatan dan data genotipe, akan membantu kita untuk memprediksi hasil sukses
dari penelitian agrikultural.
5.
Teknologi
Transgenik
Teknologi transgenik telah digunakan sejak 1980 dan
sekarang berkembang memproduksi makhluk hidup dengan fenotip yang
diinginkan. Dalam bidang akuakultur teknologi ini berguna untuk
meningkatkan laju pertumbuhan ikan; mengatur kematangan gonad, diferensiasi sex
dan sterilitas; meningkatkan resistensi terhadap pathogen; mengadaptasi ikan
terhadap lingkungan baru (freeze resistance!); merubah karakteristik biokimia
dari daging ikan sehingga menciptakan rasa daging yang diinginkan; mengubah
jalur metabolisme sehingga terjadi efisiensi pakan.
6.
Proteomics
Proteomic adalah ilmu yang mempelajari sifat protein
(tingkat ekspresi, interaksi, modifikasi setelah translasi dan lainnya)
dalam skala besar untuk memperoleh pandangan jelas dan terintegrasi sebagai
contoh untuk mengetahui proses yang menyebabkan penyakit, meneliti
proses-proses dalam sel, networking pada skala protein. Teknologi ini
adalah kombinasi dari elektroforesis “2D” polyacrilamide gel dengan
spektrometer. Ditunjang oleh teknologi komputer untuk mengolah data dan bioinformatika,
teknologi ini menjadi metoda yang cepat dan sensitif untuk mengetahui
karakterisasi protein. Kesimpulannya teknologi ini bisa mengidentifikasi
protein yang dapat berperan untuk penemuan obat, theurapeutics dan lainnya.
7.
Chip
DNA
Teknologi baru ini mampu menganalisa ekspresi ribuan gen
dalam satu microchip. Teknologi ini berkembang pesat dan telah
diaplikasikan untuk ekspresi gen, pemetaan, penemuan gen, diagnosa genetik.
Dalam akuakultur sudah ada beberapa grup riset yang menggunakan teknologi ini
untuk meneliti ekspresi gen pada ikan.
8.
Vaksin
DNA
Kegiatan ini melibatkan pengunaan DNA untuk
mengekspresikan antigen dalam inang sebagai bagian dari proses
vaksinasi. Teknologi ini telah diterapkan dalam skala penelitian
pada rainbow trout dan hasilnya sangat bagus. Ketika di uji tantang
dengan virus IHNV, hampir 100% ikan dengan perlakuan teknologi ini
selamat dan perlakuan kontrol 85-90% mengalami kematian.
9.
Mikrosatelit,
RFLP, Analisis QTL
Teknologi “sidik jari” DNA dan pemetaan DNA semakin
mempermudah perkembangan ilmu dalam akuakultur. Teknologi tersebut
digunakan untuk identifikasi stok, seleksi dalam kegiatan breeding, dan
mengidentifikasi gen yang penting dalam akuakultur seperti pertumbuhan dan
resistensi terhadap penyakit. Pemetaan dan karakterisasi gen semakin
dipermudah dengan adanya teknologi QTL (Quantitative Trait Loci).
10. Teknologi ekspresi protein
Produksi protein rekombinan sedang hangat dalam bidang
bioteknologi. Ada berbagai metoda yang dapat dipilih sebagai sistem ekspresi
antara lain pendekatan bakterial, yeast (ragi), sel insekta maupun
transgenik. Banyak produk sebagai contoh hormon, gonadotropin dan enzym telah
digunakan dalam akuakultur. Ekspresi antigen untuk pengembangan vaksin mewakili
pula kegiatan dalam bidang ini.
C.
Cabang
Bioinformatika
1.
Biophysics
Biophysics
adalah sebuah bidang interdisipliner yang mengaplikasikan teknik-teknik dari
ilmu Fisika untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical
Society).
2.
Computational
Biology
Computational
biology merupakan bagian dari Bioinformatika yang paling dekat dengan bidang
Biologi umum klasik. Fokus dari computational biology adalah gerak evolusi,
populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel.
3.
Medical
Informatics
Medical
informatics adalah sebuah disiplin ilmu yang baru yang didefinisikan sebagai
pembelajaran, penemuan dan implementasi dari struktur dan algoritma untuk
meningkatkan komunikasi, pengertian dan manajemen informasi medis.
4.
Cheminformatics
Cheminformatics
adalah kombinasi dari sintesis kimia, penyaringan biologis dan pendekatan
data-mining yang digunakan untuk penemuan dan pengembangan obat (Cambridge
Healthech Institute’s Sixth Annual Cheminformatics conference).
5.
Genomics
Genomics
adalah bidang ilmu yang ada sebelum selesainya sekuen genom, kecuali dalam
bentuk yang paling kasar. Genomics adalah setiap usaha untuk menganalisa atau
membandingkan seluruh komplemen genetik dari satu spesies atau lebih.
6.
Mathematical
Biology
Mathematical
biology menangani masalah-masalah biologi, namun metode yang digunakan untuk
menangani masalah tersebut tidak perlu secara numerik dan tidak perlu
diimplementasikan dalam software maupun hardware.
7.
Proteomics
Proteomics
berkaitan dengan studi kuantitatif dan kualitatif dari ekspresi gen di level
dari protein-protein fungsional itu sendiri. Yaitu: “sebuah antarmuka antara
biokimia protein dengan biologi molekul”.
8.
Pharmacogenomics
Pharmacogenomics
adalah aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada identifikasi dari
target-target obat.
9.
Pharmacogenetics
Pharmacogenetics
adalah bagian dari pharmacogenomics yang menggunakan metode genomik atau
Bioinformatika untuk mengidentifikasi hubungan-hubungan genomik.
D.
Perkembangan
Bioinformatika di Indonesia
Perkembangan bioinformatika di Indonesia sudah cukup banyak
berkembang, Karena penduduk Indonesia sudah hamper mengerti bagaimana
menggunakan computer dengan baik sehingga mengikuti perkembangan zaman, tidak
tertinggal. IT Indonesia tidak terlalu kalah dengan IT di luar sana Karena IT
di Indonesia sudah mampu mengembangkan
Bioinformatika.
1. Deteksi Kelainan Janin
Lembaga Biologi Molekul Eijkman bekerja sama dengan Bagian
Obstetri dan Ginekologi Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia dan Rumah
Sakit Cipto Mangunkusumo sejak November 2001 mengembangkan klinik genetik untuk
mendeteksi secara dini sejumlah penyakit genetik yang menimbulkan gangguan
pertumbuhan fisik maupun retardasi mental seperti antara lain, talasemia dan
sindroma down. Kelainan ini bisa diperiksa sejak janin masih berusia beberapa
minggu. Talasemia adalah penyakit keturunan di mana tubuh kekurangan salah satu
zat pembentuk hemoglobin (Hb) sehingga mengalami anemia berat dan perlu
transfusi darah seumur hidup.
Sedangkan sindroma down adalah kelebihan jumlah untaian di
kromosom 21 sehingga anak tumbuh dengan retardasi mental, kelainan jantung,
pendengaran dan
penglihatan buruk, otot lemah serta kecenderungan menderita kanker sel darah putih (leukemia).
penglihatan buruk, otot lemah serta kecenderungan menderita kanker sel darah putih (leukemia).
Dengan mengetahui sejak dini, pasangan yang hendak menikah,
atau pasangan yang salah satunya membawa kelainan kromosom, atau pasangan yang
mempunyai anak yang menderita kelainan kromosom, atau penderita kelainan
kromosom yang sedang hamil, atau ibu yang hamil di usia tua bisa memeriksakan
diri dan janin untuk memastikan apakah janin yang dikandung akan menderita
kelainan kromosom atau tidak, sehingga mempunyai kesempatan untuk
mempertimbangkan apakah kehamilan akan diteruskan atau tidak setelah mendapat
konseling genetik tentang berbagai kemungkinan yang akan terjadi. Di bidang
talasemia, Eijkman telah memiliki katalog 20 mutasi yang mendasari talasemia
beta di Indonesia, 10 di antaranya sering terjadi. Lembaga ini juga mempunyai
informasi cukup mengenai spektrum mutasi di berbagai suku bangsa yang sangat
bervariasi. Talasemia merupakan penyakit genetik terbanyak di dunia termasuk di
Indonesia.
2. Meringankan Kelumpuhan
dengan Rekayasa RNA
Kasus kelumpuhan distrofi (Duchenne Muscular Dystrophy)
yang menurun kini dapat dikurangi tingkat keparahannya dengan terapi gen. Kelumpuhan
ini akibat ketidaknormalan gen distrofin pada kromosom X sehingga hanya
diderita anak laki-laki. Diperkirakan satu dari 3.500 pria di dunia mengalami
kelainan ini. Dengan memperbaiki susunan ekson atau bagian penyusun RNA gen
tersebut pada hewan percobaan tikus, terbukti mengurangi tingkat kelumpuhan
saat pertumbuhannya menjadi dewasa.
Gen distrofin pada kasus kelumpuhan paling sering
disebabkan oleh delesi atau hilangnya beberapa ekson pada gen tersebut.
Normalnya pada gen atau DNA distrofin terdapat 78 ekson. Diperkirakan 65 persen
pasien penderita DMD mengalami delesi dalam jumlah besar dalam gen
distrofinnya. Kasus kelumpuhan ini dimulai pada otot prosima seperti pangkal
paha dan betis. Dengan bertambahnya usia kelumpuhan akan meluas pada bagian
otot lainnya hingga ke leher. Karena itu dalam kasus kelumpuhan yang berlanjut
dapat berakibat kematian. Teknologi rekayasa RNA seperti proses penyambungan
(slicing) ekson dalam satu rangkaian terbukti dapat mengoreksi mutasi DMD. Bila
bagian ekson yang masih ada disambung atau disusun ulang, terjadi perubahan
asam amino yang membentuk protein. Molekul RNA mampu mengenali molekul RNA
lainnya dan melekat dengannya.
3. Saluran Irigasi Pertanian
Sebagian petani di Indonesia sudah menerapkan irigasi
otomatis bagi lahannya sehingga memudahkan petani untuk tidak terlalu susah
payah mengambil air untuk mengairi lahan pertaniannya. Dan padi dapat
berkembang dengan lebih baik Karena semua data tentang keadaan tanah dapat di
pantau melalui computer.
Referensi
;
e-learning.unej.ac.id/.../P1%2C%20PENGENALAN%20BIOINFORMATIKA.pdf
