Bioinformatika
adalah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan
menganalisis informasi biologis. 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.
istilah
bioinformatika pertama kali dikemukakan pada pertengahan tahun 1980-an untuk
mengacu pada penerapan ilmu komputer dalam biologi. Meskipun demikian, penerapan
bidang-bidang dalam bioinformatika sudah dilakukan sejak tahun 1960-an dengan
menggunakan komputer untuk penyimpanan data dengan jumlah data yang sangat
banyak.
Kemajuan teknik
biomolekular dalam mengungkap teknik sekuens DNA dari protein (sejak awal 1950-an)
dan asam nukleat (sejak 1960-an) mengawali perkembangan basis data dan teknik
analisis sekuens biologis. Penemuan teknik sekuensing DNA pada pertengahan
1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang telah
diungkapkan pada tahun 1980-an dan 1990-an. Hal inilah yang menjadi jalan
pembuka bagi proyek-proyek pengungkapan genom, meningkatkan kebutuhan akan
pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya
bioinformatika.
Perkembangan
Internet yang semakin pesat juga mendukung berkembangnya bioinformatika. Basis
data bioinformatika yang terhubung melalui Internet memudahkan para ilmuwan
untuk mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam basis data tersebut maupun
memperoleh sekuens biologis sebagai bahan analisis.
Berikut ini
adalah bidang-bidang yang terkait dengan penerapan Bio-Informatika :
- Biophysics
Biologi molekul
merupakan pengembangan yang lahir dari biophysics. Biophysics adalah sebuah
bidang interdisipliner yang mengaplikasikan teknik- teknik dari ilmu Fisika
untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical Society).
- 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). Ruang lingkup
akademis dari cheminformatics ini sangat luas. Contoh bidang minatnya antara
lain: Synthesis Planning, Reaction and Structure Retrieval, 3-D Structure
Retrieval, Modelling, Computational Chemistry, Visualisation Tools and
Utilities.
- Computational
Biology
Computational
biology merupakan bagian dari Bioinformatika (dalam arti yang paling luas) 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.
- Genomics
Genomics adalah
bidang ilmu yang menganalisa atau membandingkan seluruh komplemen genetik dari
satu spesies atau lebih.
- Mathematical
Biology
Mathematical biology
lebih mudah dibedakan dengan Bioinformatika daripada computational biology
dengan Bioinformatika. Mathematical biology juga menangani masalah-masalah
biologi, namun metode yang digunakan untuk menangani masalah tersebut tidak
perlu secara numerik dan tidak perlu diimplementasikan dalam software maupun
hardware.
- Pharmacogenomics
Pharmacogenomics
adalah aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada identifikasi dari
target-target obat. Contohnya meliputi menjaring semua genom untuk penerima
yang potensial dengan menggunakan cara Bioinformatika, atau dengan menyelidiki
bentuk pola dari ekspresi gen di dalam baik patogen maupun induk selama
terjadinya infeksi, atau maupun dengan memeriksa karakteristik pola-pola
ekspresi yang ditemukan dalam tumor atau contoh dari pasien untuk kepentingan
diagnosa (kemungkinan untuk mengejar target potensial terapi kanker).
- Proteomics
Istilah proteomics
pertama kali digunakan untuk menggambarkan himpunan dari protein-protein yang
tersusun (encoded) oleh genom. Ilmu yang mempelajari proteome, yang disebut
proteomics, pada saat ini tidak hanya memperhatikan semua protein di dalam sel
yang diberikan, tetapi juga himpunan dari semua bentuk isoform dan modifikasi
dari semua protein, interaksi diantaranya, deskripsi struktural dari
proteinprotein dan kompleks-kompleks orde tingkat tinggi dari protein, dan
mengenai masalah tersebut hampir semua pasca genom
PENERAPAN UTAMA
BIOINFORMATIKA
Basis data sekuens
biologis
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. Basis data utama untuk asam nukleat adalah GenBank (Amerika
Serikat), EMBL (Eropa), dan DDBJ (Jepang). Ketiga basis data tersebut
bekerjasama dan bertukar data secara harian untuk menjaga keleluasaan 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.Contoh beberapa basis data penting yang menyimpan
sekuens primer 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.BLAST (Basic Local Alignment Search
Tool) merupakan perkakas bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan
basis data sekuens biologis. Penelusuran BLAST pada basis data sekuens
memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens asam nukleat maupun protein yang mirip
dengan sekuens tertentu yang dimilikinya. Hal ini berguna untuk menemukan gen
sejenis pada beberapa organisme atau untuk memeriksa keabsahan hasil sekuensing
maupun untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuensing. Algoritma yang mendasari
kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.PDB (Protein Data Bank) adalah basis
data tunggal yang menyimpan model struktural 3D protein dan asam nukleat hasil
penentuan eksperimental dengan kristalografi sinar X, spektroskopi NMR dan
mikroskopi elektron. PDB menyimpan data struktur sebagai koordinat 3D yang
menggambarkan posisi atom-atom dalam protein maupun asam nukleat.
Bioinformatika dalam
Dunia Kedokteran
1. 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.
2. 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.
Bioinformatika
dalam Sistem Informasi Geografi (SIG)
1. 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.Dengan adanya bioinformatika yang sudah menjalar pada
beberapa bidang membuat kita lebih dimudahkan dalam menyelesaikan masalah. Ini membuktikan bahwa setiap waktunya
teknologi berkembang sangat pesat dan kita sangat membutuhkannya untuk
mempermudah hidup. Tentu diharapkan kemajuan ini tidak hanya berhenti sampai
disini, melainkan ada inovasi-inovasi baru
dalam bioinformatika yang dapat dibuat dibidang lain.
Manfaat
Bioinformatika :
a. 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. McDonald dari Indiana University
School of Medicine pada tahun 1972 [5]. McDonald pertama kali mengaplikasikan
EMR pada 33 orang pasien penyakit gula (diabetes). Sekarang EMR ini telah
diaplikasikan pada berbagai penyakit. Data yang disimpan meliputi data analisa
diagnosa laboratorium, hasil konsultasi dan saran, foto ronsen, ukuran detak
jantung, dll. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai
dengan kondisi pasien tertentu. Lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom
manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang,
sehingga personal care terhadap pasien menjadi lebih akurat.
b. Bioinformatika
dalam bidang Virologi
Khusus di bidang
Virologi (ilmu virus), kemajuan bioinformatika telah berperan dalam mempercepat
kemajuan ilmu ini. Sebelum kemajuan bioinformatika, untuk mengklasifikasikan
virus kita harus melihat morfologinya terlebih dahulu. Untuk melihat morfologi
virus dengan akurat, biasanya digunakan mikroskop elektron yang harganya sangat
mahal sehingga tidak bisa dimiliki oleh semua laboratorium. Selain itu, kita
harus bisa mengisolasi dan mendapatkan virus itu sendiri.
c. Bioinformatika
Untuk Penemuan Obat
Cara untuk menemukan
obat biasanya dilakukan dengan menemukan zat/senyawa yang dapat
menekan perkembangbiakan suatu agent penyebab penyakit.
Karena perkembangbiakan agent tersebut
dipengaruhi oleh banyak faktor, maka faktor-faktor inilah yang
dijadikan target. Diantaranya adalah enzim-enzim yang diperlukan untuk perkembangbiakan
suatu agent Mula mula yang harus dilakukan adalah analisa
struktur dan fungsi enzim-enzim tersebut.
Kemudian mencari
atau mensintesa zat/senyawa yang dapat menekan fungsi dari enzim-enzim
tersebut.
d. Bioinformatika
Untuk Identifikasi Agent Penyakit Baru
Bioinformatika juga
menyediakan tool yang sangat penting untuk identifikasi agent penyakit
yang belum dikenal penyebabnya. Banyak sekali penyakit baru yang muncul dalam
dekade ini, dan diantaranya yang masih hangat adalah SARS (Severe Acute
Respiratory Syndrome).
e. Bioinformatika
Untuk Identifikasi Agent Penyakit Baru
Bioteknologi telah
diterapkan secara luas dalam bidang pertanian, antara lain yaitu:
- Pupuk Hayati (biofertiliser) yaitu suatu
bahan yang berasal dari jasad hidup, khususnya mikrobia yang digunakan
untuk meningkatkan kuantitas dan kualitas produksi tanaman.
- Kultur in vitro, yaitu pembiakan tanaman
dengan menggunakan bagian tanaman yang ditumbuhkan pada media bernutrisi
dalam kondisi aseptik.
- Kultur in vitro memungkinkan perbanyakan
tanaman secara massal dalam waktu yang singkat.
- Teknologi DNA Rekombinaan, pengembangan
tanaman transgenik, misalnya galur tanaman transgenik yang membawa gen cry
dari Bacillus thuringiensis untuk pengendalian hama.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar