Kamis, 06 Oktober 2016

BIOINFORMATIKA : Mengawinkan Teknologi Informasi dengan Bioteknologi


A.     Apa itu Bioinformatika ?
Bioinformatika merupakan kajian yang memadukan disiplin biologi molekul, matematika dan teknik informasi (TI). Ilmu ini didefinisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi molekul. Biologi molekul sendiri juga merupakan bidang interdisipliner, mempelajari kehidupan dalam level molekul. 
Ledakan informasi dari kemajuan bioteknologi seperti data sekuen DNA dari pembacaan genom, data sekuen dan struktur protein sampai kepada data transkripsi RNA berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya Bioinformatika yang digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisa data-data tersebut menjadi sebuah informasi biologis yang bermakna.
Pada saat ini, Bioinformatika ini mempunyai peranan yang sangat penting, diantaranya adalah untuk manajemen data-data biologi molekul, terutama sekuen DNA dan informasi genetika . Perangkat utama Bioinformatika adalah software dan didukung oleh kesediaan internet.

B.      Sejarah singkat ditemukannya Bioinformatika
Kajian baru Bioinformatika ini tak lepas dari perkembangan biologi molekul modern yang ditandai dengan kemampuan manusia untuk memahami genom, yaitu cetak biru informasi genetik yang menentukan sifat setiap makhluk hidup yang disandi dalam bentuk pita molekul DNA (asam deoksiribonukleat). Kemampuan untuk memahami dan memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh TI melalui perangkat perangkat keras maupun lunak. Hal ini bisa dilihat pada upaya Celera Genomics, perusahaan bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia yang secara maksimal memanfaatkan TI sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun), dibanding usaha konsorsium lembaga riset publik AS, Eropa, dan lain-lain, yang memakan waktu lebih dari 10 tahun. 
Kelahiran Bioinformatika modern tak lepas dari perkembangan bioteknologi di era tahun 70-an, dimana seorang ilmuwan AS melakukan inovasi dalam mengembangkan teknologi DNA rekombinan. Berkat penemuan ini lahirlah perusahaan bioteknologi pertama di dunia, yaitu Genentech di AS, yang kemudian memproduksi protein hormon  insulin dalam bakteri, yang dibutuhkan penderita diabetes.

C.     Cabang-cabang ilmu Bioinformatika
1.        Bioinformatika Klasik
     Sebagian besar ahli Biologi mengistilahkan ‘mereka sedang melakukan Bioinformatika’ ketika mereka sedang menggunakan komputer untuk menyimpan, melihat atau mengambil data, menganalisa atau memprediksi komposisi atau struktur dari biomolekul. Ketika kemampuan komputer menjadi semakin tinggi maka proses yang dilakukan dalam Bioinformatika dapat ditambah dengan melakukan simulasi. Yang termasuk biomolekul diantaranya adalah materi genetik dari manusia --asam nukleat-- dan produk dari gen manusia, yaitu protein. Hal-hal diataslah yang merupakan bahasan  utama dari Bioinformatika "klasik", terutama berurusan dengan analisis sekuen (sequence analysis).
2.       Bioinformatika Baru
          Salah satu pencapaian besar dalam metode Bioinformatika adalah selesainya proyek pemetaan genom manusia (Human Genome Project). Selesainya proyek raksasa tersebut menyebabkan bentuk dan prioritas dari riset dan penerapan Bioinformatika berubah. Secara umum dapat dikatakan bahwa proyek tersebut membawa perubahan besar pada sistem hidup kita, sehingga sering disebutkan terutama oleh ahli biologi bahwa kita saat ini berada di masa pascagenom.
             Dari uraian di atas terlihat bahwa Bioinformatika sangat mempengaruhi kehidupan manusia, terutama untuk mencapai kehidupan yang lebih baik. Penggunaan  komputer yang notabene merupakan salah satu keahlian utama dari orang yang bergerak dalam TI merupakan salah satu unsur utama dalam Bioinformatika, baik dalam Bioinformatika "klasik" maupun Bioinformatika "baru".

D.     Tugas-tugas dalam Bioinformatika
1.        Analisis dan interpretasi berbagai data biologis, seperti  sequence basa, sequence asam aminio, struktur protein dan sebagainya.
2.  Pengembangan algoritma maupun metode statistik untuk mendapatkan informasi biologis dari relasi antar data tersebut, misalnya:
  •  mempelajari fungsi protein.
  •  menemukan bentuk dan fungsi protein dari sebuah sequence asam amino.
  •  menemukan semua gen dan protein dalam sebuah genome.
  •  menentukan lokasi dalam struktur protein yang dapat diberikan molekul obat untuk perancangan obat (drug design)
3.   Pengembangan dan implementasi tool untuk meningkatkan efisiensi  untuk akses dan memanajemen data biologi yang sangat bervariasi.

E.      Algoritma dalam Bioinformatika
1.        Comparing sequence
  •  Membandingkan sebuah sekuens dengan kumpulan sekuens lainnya.
  •  Mencakup insertion, deletion dan replacement simbol untuk merepresentasikan mutasi nucleotid atau asam amino yang terjadi secara alami.
2.       Constructing evolutionary (phylogenetic) trees
  •  Sequnce antar berbagai organism dibandingkan
  •  Sequence dikelompokkan berdasarkan tingkat kemiripannya (degree of similarity)
  •  Untuk mengetahui bagaimana sequnce – sequence tersebut mengalami perubahan selama evolusi.
3.       Detecting patterns in sequences
  •  Menentukan daerah tertentu di dalam sebuah sequence, misalnya menentuan daerah gen di dalam sequence DNA dan menentukan sub-komponen dari seuence asam amino.
4.      Menentukan struktur 3D dari sequence
  •  Menentukan bentuk RNA dari sequence RNA
  •  Menentukan bentuk protein dari sequence asam amino
  •  Membutuhkan komputasi yang rumit, misalnya algoritma untuk cubic complexity.
5.       Menyusun (assembling) fragmen DNA
  •  Fragmen DNA yang dihasilkan oleh sequencer machines biasanya disatukan menggunakan komputer.
6.      Analisis ekspresi gen
  •  Tingkat ekspresi gen menunjukkan keaktifan sebuah gen di dalam sel tubuh yang diukur berdasarkan jumlah mRNA di dalam sel tubuh tersebut (Ghanem, 2004).
  •  Kematian sel atau pertumbuhan sel yang tidak terkontrol, seperti kanker dapat terjadi karena ekspresi gen yang tidak normal (Hine dan Martin, 2004).
  •  Microarray merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mengukur tingkat ekspresi ribuan gen dari sebuah sampel (pasien) secara simultan dalam sebuah eksperimen (Stekel, 2003).
  •  Tingkat ekspresi gen dapat digunakan sebagai salah satu cara untuk diganosa kanker.

F.      Penerapan Bioinformatika
1.        Bidang medis
  •  Mempelajari perbedaan genetik pada organisme yang sehat dengan yang sakit
  •  Identifikasi agent penyakit baru yang belum dikenal penyebabnya.
2.       Industri farmasi dan biotek
  •  Untuk pengembangan dan penemuan obat baru
  •  Perancangan obat berdasarkan gen atau struktur protein
3.       Bidang pertanian
  •  Menganlisis perbedaan genetik pada tanaman yang sehat dengan yang sakit
  •  Meningkatkan hasil panen
4.      Program-program bioinformatika
  •  program pencari sekuen (sequence search) seperti BLAST.
  •  program analisa sekuen (sequence analysis) seperti EMBOSS dan paket Staden.
  •  program prediksi struktur seperti THREADER atau PHD.
  •  program imaging/modelling seperti RasMol dan WHATIF.

G.     Kondisi Bioinformatika di Indonesia
Di Indonesia, Bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Hal ini dapat dimaklumi karena penggunaan komputer sebagai alat bantu belum merupakan budaya. Bahkan di kalangan peneliti sendiri, barangkali hanya para peneliti biologi molekul yang sedikit banyak mengikuti perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-perangkat Bioinformatika untuk analisa data. Sementara di  kalangan TI masih kurang mendapat perhatian. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat terbuka/gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga daripadanya.
Database genom manusia sudah disepakati akan bersifat terbuka untuk seluruh kalangan, sehingga dapat digali/diketahui kandidat-kandidat gen yang memiliki potensi kedokteran/farmasi. Dari sinilah Indonesia dapat ikut berperan mengembangkan Bioinformatika. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi TI seperti programmer, dan sebagainya akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.

H.    Penerapan Bioinformatika di Indonesia
Sebagai kajian yang masih baru, Indonesia seharusnya berperan aktif dalam mengembangkan Bioinformatika ini.  Paling tidak, sebagai tempat tinggal lebih dari 300 suku bangsa yang berbeda akan menjadi sumber genom, karena besarnya variasi genetiknya.  Belum lagi  variasi species flora maupun fauna yang berlimpah. Memang ada sejumlah pakar yang telah mengikuti perkembangan Bioinformatika ini, misalnya para peneliti dalam Lembaga Biologi Molekul Eijkman. Mereka cukup berperan aktif dalam memanfaatkan kajian Bioinformatika. Bahkan, lembaga ini telah  memberikan beberapa sumbangan cukup berarti, antara lain:

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. 

2.       Perkembangan Vaksin Hepatitis B Rekombinan
    Lembaga Biologi Molekul Eijkman bekerja sama dengan PT Bio Farma (BUMN Departemen Kesehatan yang memproduksi vaksin) sejak tahun 1999 mengembangkan vaksin Hepatitis B rekombinan, yaitu vaksin yang dibuat lewat rekayasa genetika. Selain itu Lembaga Eijkman juga bekerja sama dengan PT Diagnosia Dipobiotek untuk mengembangkan kit diagnostik. 

3.       Meringankan Kelumpuhan dengan Rekayasa RNA
     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.

I.        Kesimpulan
Kemajuan teknologi informasi dan komunikasi (TIK) melahirkan bioinformatika yang memacu perkembangan ilmu biologi lebih cepat daripada sebelumnya. Bioinformatika adalah teknologi pengumpulan, penyimpanan, analisis,interpretasi, penyebaran dan aplikasi dari data-data biologi molekul. Perangkat utama Bioinformatika adalah software dan didukung oleh kesediaan internet dan server WorldWide Web (WWW).
Dengan Bioinformatika, data-data yang dihasilkan dari proyek genom dapat disimpan dengan teratur dalam waktu yang singkat dengan tingkat akurasi yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu.Sebaliknya Bioinformatika juga mempercepat penyelesaian proyek genom karenaBioinformatika memberikan program-program yang diperlukan untuk proses pembacaan genom ini. 
Beberapa situs resmi yang berkaitan di bidang bioteknologi dan bioinformatika diantaranya:


Sumber :

Tidak ada komentar:

Posting Komentar