BIOINFORMATIKA SERTA PENERAPANNYA
Bioinformatika, sesuai dengan asal katanya yaitu “bio” dan
“informatika”, adalah gabungan antarailmu biologi dan ilmu teknik informasi
(TI). Pada umumnya, Bioinformatika didefenisikan sebagaiaplikasi dari alat
komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data
biologi. Ilmu ini
merupakan ilmu baru yang yang merangkup berbagai disiplin ilmu termasuk ilmu
komputer, matematika dan fisika, biologi, dan ilmu kedokteran, dimana kesemuanya
saling menunjang
dan saling bermanfaat satu sama lainnya/ Bidang ini berkembang seiring dengan penambahan data biologi yang
terus bertambah secara cepat, terutama di awal tahun 2000-an ketika peneliti
berhasil mengumpulkan genome manusia.
Latar Belakang
Pada awal perkembangan ilmu pengetahuan biologi
molekuler, ahli biologi melakukan pengambilan data biologis dengan menggunakan
beberapa eksperimen atau pendekatan lainnya. Data tersebut disimpan di dalam
suatu database seperti data gen disimpan di NCBI, struktur protein berada di
Protein Data Bank, dan data sekuen protein berada di UniProt. Data yang masif
tersebut tidak dapat dianalisa secara efektif karena keterbatasan manusia. Oleh
karena itu, dibutuhkan ahli komputer untuk membantu kerja dari ahli biologi.
Ahli komputer melakukan penelitian dalam
membangun software, algoritma, metode penyimpanan data untuk menyelesaikan
masalah yang dihadapi ahli biologi. Sebagai contoh, Needleman dan Wunsch
membuat algoritma yang berfungsi untuk mencari sekuen DNA pada database pada
tahun 1960-an. Meski tujuan awalnya untuk menyelesaikan kasus biologi,
algoritma yang dirancang diterapkan pada kasus yang mirip, seperti pencarian
teks.
Data biologi yang dikumpulkan merupakan raw data
atau data mentah sehingga perlu dilakukan analisa untuk mendapatkan informasi
yang tersirat. Beberapa pendekatan statistik digunakan seperti klasifikasi,
klasterisasi digunakan untuk melihat korelasi antar data sehingga data mentah
tersebut dapat tervisualisasi dengan baik di mata manusia.
Perkembangan data biologis dan kebutuhan untuk
menciptakan tools dan hasil analisa yang akurat melahirkan disiplin ilmu baru
yang disebut dengan bioinformatika. Ruang lingkup penelitian dan kerja
bioinformatika secara khusus berkaitan dengan proses pengumpulan, dan analisa
data biologi menggunakan teknik komputasi.
Penerapan Bioinformatika
· Penerapan Bioinformatika dalam Virologi
Dengan adanyadatabase seperti GenBank, EMBL
(European Molecular Biology Laboratory), dan DDBJ (DNA Data Bank of Japan) yang
berisikan data sekuen berbagai virus, kita bisa membandingkan data sekuen virus
yang kita miliki dengan data sekuen yang ada di database.
Selanjutnya, bioinformatika juga menyediakan
tool/software untuk menganalisa kemiripan sekuengenom virus, seperti BLAST
(Basic Local Alignment Search Tool) atau FASTA. Lebih jauh lagi, bioinformatika
juga berfungsi untuk menganalisa posisi sejauh mana suatu virus berbeda dengan virus
lainnya. Untuk analisa ini biasanya digunakan CLUSTAL W. Data yang telah
dianalisa dapat dilihat dengan menggunakan software “Tree View” yang bisa
didownload bebas dari berbagai
situs.
· Penerapan Bioinformatika dalam Analisis
Filogenetika
Filogenetik adalah studi yang membahas tentang hubungan kekerabatan
antar berbagai macam organisme melalui analisis molekuler dan morfologi. Dengan
pesatnya perkembangan teknik-teknik di dalam biologi molekuler, seperti PCR
(polymerase chain reaction) dan sikuensing DNA, penggunaan sekuen DNA dalam
penelitian filogenetika telah meningkat pesat dan telah dilakukan pada semua
tingkatan taksonomi, misalnya famili, marga, dan species.
Pemikiran dasar penggunaan sekuen DNA dalam studi filogenetika adalah
bahwa terjadi perubahan basa nukleotida menurut waktu, sehingga akan dapat
diperkirakan kecepatan evolusi yang terjadi dan akan dapat direkonstruksi
hubungan evolusi antara satu kelompok organisme dengan yang lainnya. Ada
sejumlah asumsi yang harus diperhatikan sebelum menggunakan data sekuen DNA
atau protein ke analisis, diantaranya yaitu sekuen berasal dari sumber yang
spesifik, apakah dari inti, kloroplas atau mitokondria; sekuen bersifat homolog
(diturunkan dari satu nenek moyang); sekuen memiliki sejarah evolusi yang sama
(misalnya bukan dari campuran DNA inti dan mitokondria); dan setiap sekuen
berkembang secara bebas.
Analisis filogenetika molekuler merupakan proses bertahap untuk mengolah
data sikuen DNA atau protein sehingga diperoleh suatu hasil yang menggambarkan
estimasi mengenai hubungan evolusi suatu kelompok organisme. Paling sedikit,
ada tiga tahap penting dalam analisis filogenetika molekuler, yaitu sequence
alignment, rekonstruksi pohon filogenetika, dan evaluasi pohon filogenetika
dengan uji statistic
· Penerapan Bioinfromatika dalam Penemuan Obat
Usaha penemuan obat biasanya dilakukan dengan
penemuan zat/senyawa yang bisa menekan perkembangbiakan suatu agent penyebab
penyakit. Karena banyak faktor yang bisa mempengaruhi perkembangbiakan agent
tersebut, faktor-faktor itulah yang dijadikan target. Diantara faktor tersebut
adalah enzim-enzim yang diperlukan untuk perkembangbiakan suatu agent.
Langkah pertama yang dilakukan adalah analisa
struktur dan fungsi enzim-enzim tersebut. Kemudian mencari atau mensintesa
zat/senyawa yang bisa menekan fungsi dari enzim-enzim tersebut. 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.
Analisa ini dilakukan dengan cara mengganti asam
amino tertentu dan menguji efeknya. Sebelum Bioinformatika, analisa penggantian
asam amino ini dilakukan secara random sehingga memakan waktu yang lama. 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 maupun
struktur 3D-nya yang tersedia di Protein Data Bank (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.
Kesimpulan
Bioinformatika merupakan ilmu
yang esensial dalam dunia Biologi dan Kedokteran modern. Tidak berlebihan kalau
saat ini dunia Biologi dan Kedokteran tidak akan jalan tanpa Bioinformatika.
Perananannya mencakupi dari manajemen data klinis pasien, diagnosa penyakit,
sampai pada penemuan obat penyakit. Bahkan di masa yang akan datang diramalkan
bahwa manusia akan bisa mendapat personal care sesuai dengan sifat genetikanya.
Namun hasil analisa melalui Bioinformatika tidak bisa langsung digunakan dan
harus melalui uji langsung di laboratorium dan uji kilinis (clinical test). Ini
disebabkan karena analisa melalui Bioinformatika adalah hasil simulasi yang
harus dibuktikan lagi. Seperti ilmu-ilmu lainnya, Bioinformatika juga tidak
bisa berdiri sendiri dan harus didukung oleh disiplin ilmu lain yang
mengakibatkan saling membantu dan menunjang dan harus bermanfaat untuk
kepentingan manusia.
Komentar
Posting Komentar