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. Saat ini mata ajaran bioinformatika maupun mata ajaran
dengan muatan bioinformatika sudah diajarkan di beberapa perguruan tinggi di
Indonesia.
Riset bioinformatika protein dilaksanakan sebagai bagian dari aktivitas
riset rekayasa protein pada Laboratorium Rekayasa Protein, Pusat Penelitian
Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Cibinong, Bogor.
Lembaga Biologi Molekul Eijkman, Jakarta, secara khusus memiliki laboratorium
bioinformatika sebagai fasilitas penunjang kegiatan risetnya. Selain itu, basis
data sekuens DNA mikroorganisme asli Indonesia sedang dikembangkan di UI.
Istilah bioinformatika atau bioinformatics mulai dikemukakan pada
pertengahan era 1980-an untuk mengacu pada penerapan komputer dalam biologi.
Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer berdasarkan
artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam
ini bisa diuat secara buatan melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut.
Untuk mewujudkan hal ini diperlukan data-data yang yang menjadi kunci penentu
tindak-tanduk gejala alam tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA.
Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan
kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah program software dan didukung
oleh kesediaan internet.
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.
Basis data utama untuk
sekuens asam nukleat saat ini adalah GenBank (Amerika Serikat), EMBL (Eropa),
dan DDBJ(Inggris) (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.
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.
BLAST (Basic Local
Alignment Search Tool) merupakan perkakas bioinformatika yang berkaitan erat
dengan penggunaan basis data sekuens biologis. Penelusuran BLAST (BLAST search)
pada basis data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens 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 sekuensing maupun untuk memeriksa fungsi gen hasil
sekuensing. Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.
PDB (Protein Data Bank,
Bank Data Protein) adalah basis data tunggal yang menyimpan model struktural
tiga dimensi protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental (dengan
kristalografi sinar-X, spektroskopi NMR dan mikroskopi elektron). PDB menyimpan
data struktur sebagai koordinat tiga dimensi yang menggambarkan posisi
atom-atom dalam protein ataupun asam nukleat.
Bioinformatika di Indonesia
Saat ini mata ajaran
bioinformatika maupun mata ajaran dengan muatan bioinformatika sudah diajarkan
di beberapa perguruan tinggi di Indonesia. Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati
ITB menawarkan mata kuliah "Pengantar Bioinformatika" untuk program
Sarjana dan mata kuliah "Bioinformatika" untuk program Pascasarjana.
Fakultas Teknobiologi Universitas Atma Jaya, Jakarta menawarkan mata kuliah
"Pengantar Bioinformatika". Mata kuliah "Bioinformatika"
diajarkan pada Program Pascasarjana Kimia Fakultas MIPA Universitas Indonesia
(UI), Jakarta. Mata kuliah "Proteomik dan Bioinformatika" termasuk
dalam kurikulum program S3 bioteknologi Universitas Gadjah Mada (UGM),
Yogyakarta. Materi bioinformatika termasuk di dalam silabus beberapa mata
kuliah untuk program sarjana maupun pascasarjana biokimia,biologi, dan
bioteknologi pada Institut Pertanian Bogor (IPB). Selain itu, riset-riset yang
mengarah pada bioinformatika juga telah dilaksanakan oleh mahasiswa program S1
Ilmu Komputer maupun program pascasarjana biologi serta bioteknologi IPB.
Riset bioinformatika
protein dilaksanakan sebagai bagian dari aktivitas riset rekayasa protein pada
Laboratorium Rekayasa Protein, Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga Ilmu
Pengetahuan Indonesia (LIPI), Cibinong, Bogor. Lembaga Biologi Molekul Eijkman,
Jakarta, secara khusus memiliki laboratorium bioinformatika sebagai fasilitas
penunjang kegiatan risetnya. Selain itu, basis data sekuens DNA mikroorganisme
asli Indonesia sedang dikembangkan di UI.
Contoh penerapan Bioinformatika
Penulis: Arli Aditya Parikesit
KOMPAS.com - Ancaman penyakit, baik menular dan tidak menular, terjadi
secara masif. Sebut saja, infeksi virus menular seperti H5N1 dan HIV/AIDS, dan
juga penyakit kanker, adalah ancaman kesehatan utama bagi kemanusiaan.
Ilmu kedokteran sedang
berusaha keras untuk menangani semua ancaman tersebut, dan bioinformatika
menjadi salah satu instrumen mereka. Apakah yang dapat dilakukan
bioinformatika?
Proyek Genom Manusia dan Riset Biomedis
Pada awalnya, proyek genom manusia diharapkan dapat banyak
membantu dalam menghadapi berbagai masalah kesehatan. Namun, setelah proyek ini
selesai, ternyata masih ada banyak hal yang harus dilakukan. Informasi genetik
an sich ternyata tidaklah cukup untuk membantu riset biomedis. Diperlukan
pengolahan data tingkat lanjut untuk itu.
Pasca proyek genom manusia, maka riset berbasis proteomik,
epigenetik, dan transkriptomik semakin dikembangkan untuk berpacu dengan
berbagai ancaman kesehatan.
Proteomik adalah salah satu kajian yang berkembang bersamaan
dengan berjalannya proyek genom manusia. Walaupun manusia hanya memiliki
sekitar 30.000 gen, namun terdapat jutaan protein yang eksis pada sel manusia.
Oleh karena itu, bioinformatika digunakan untuk melakukan optimasi dan
penapisan terhadap protein, yang dapat menjadi target bagi agen terapetik atau
propilaksis.
Di sisi lain, walau pengembangannya sudah sejak lama,
Epigenetik dan Transkriptomik dikaji secara ekstensif, di saat proyek genom
dirampungkan.
Epigenetik adalah kajian terhadap perubahan fenotipe, di mana
perubahan genotipe tidak terjadi. Salah satu contoh adalah Histone marks.
Sementara itu, Transkriptomik adalah kajian terhadap transkriptome atau RNA.
Salah satu contoh kajian ini adalah non coding RNA.
Baik proteomik, epigenetika, dan transkriptomik adalah kajian
utama yang digunakan untuk riset biomedis yang semakin banyak tantangan, karena
gaya hidup modern juga berpengaruh pada progresi penyakit.
Teknik-Teknik Bioinformatika
Bioinformatika dapat digunakan untuk membantu praktisi klinis
dalam menghadapi masalah kesehatan secara langsung. Salah satunya, adalah
dengan desain vaksin dan Obat dengan tools bioinformatika. Metode yang
digunakan adalah molecular modeling, yang bermanfaat untuk mengamati interaksi
protein-ligand secara in silico.
Diharapkan, hasil penapisan lebih lanjut terhadap data
interaksi, akan menghasilkan kandidat obat dan vaksin yang dapat diteliti lebih
lanjut secara in vitro dan in vivo.
Di sisi lain, ada beberapa pendekatan, yang dikembangkan
dalam rangka menyempurnakan ilmu bioinformatika itu sendiri.
Proyek ‘Penyakit Peradaban’, untuk melawan ‘aging process’
atau proses penuaan sudah cukup lama berjalan. Dalam proyek ini, digunakan
teknologi termutakhir, seperti deep sequencing dan Chip-Seq, dalam rangka
menbongkar sandi dari gen-gen yang terlibat pada proses penuaan.
Sementara itu, sebuah kajian baru, Metagenomic, telah lahir.
Ia adalah teknik penapisan terhadap patogen jenis baru, dari sampel biologis
tertentu. Metagenomic memungkinkan penapisan sampel dalam skala besar, misalnya
yang berasal dari lingkungan, atau pasien di rumah sakit.
Apakah Bioinformatika adalah ‘Holy Grail’?
Memang, perkembangan Bioinformatika telah melahirkan banyak
sub-kajian yang relevan, seperti Epigenetik, Transkriptomik, dan Metagenomik.
Namun, Bioinformatika tidak dapat menyelesaikan permasalahan kesehatan secara
instan. Ia seyogyanya menjadi instrumen pendukung bagi ilmu-ilmu kesehatan,
seperti kedokteran, farmasi, dan keperawatan.
Bioinformatika bukanlah ‘Holy Grail’, yang memberikan jaminan
hidup abadi. Namun ia adalah upaya manusia yang fana untuk life expectancy yang
lebih baik.
|
