Bioinformatika

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.

Sumber :
my-serenity-soul.blogspot.com
 wikipedia
kompas.com

|