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
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.
Sumber :
Tidak ada komentar:
Posting Komentar