BIOINFORMATIKA
Dewasa
ini perkembangan ilmu Biologi semakin pesat semenjak ditemukannya metode
sekuensing DNA. Dengan data DNA yang begitu melimpah dari berbagai macam
spesies, maka diperlukan pengolahan data-data tersebut untuk berbagai
keperluan. Data DNA tersebut diintegrasikan dalam suatu penyimpanan data dalam
komputer yang kemudian muncul istilah bionfomatika. Bioinformatika sendiri
merupakan cabang ilmu biologi yang memadukan pengetahuan biologi, bioteknologi,
maupun biologi molekular dengan teknologi informasi yang berupa komputer dan
internet. Salah satu tujuannya adalah untuk memahami organisme hidup melalui
perkembangan bioinformasi.
Dalam
mempelajari bioinformatika terdapat tiga elemen, yakni database, analisa, dan
prediksi. Elemen database ini meliputi database DNA, protein, dan transkripsi
RNA. Kemudian elemen analisa meliputi kesamaan sekuens/urutan DNA (homology
sequence) dan pencarian pola (pattern) pada urutan DNA. Sementara elemen
prediksi meliputi prediksi fungsi gen/protein dan prediksi struktur 3D
protein.
Aplikasi
bioinformatika tak lepas dari adanya peningkatan informasi biologi khususnya
data sekuens DNA dan protein serta struktur protein. Peningkatan data-data
tersebut menjadikan adanya komitmen secara internasional untuk melakukan
kolaborasi berupa media penyimpanan data. Beberapa database disimpan
oleh:
Informasi
yang tersimpan tersebut dapat diakses kapanpun dan dimanapun selagi terhubung
oleh jaringan internet. Berbagai macam data sekuens baik DNA maupun protein
dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan seperti menentukan primer,
analisis gen dan protein, kemiripan DNA interspesies maupun intraspesies,
hubungan filogenetik, laju evolusi molekular, dan lain-lainnya.
Bioinformatika merupakan ilmu
terapan yang lahir dari perkembangan teknologi informasi dibidang molekular.
Pembahasan dibidang bioinformatik ini tidak terlepas dari perkembangan biologi
molekular modern, salah satunya peningkatan pemahaman manusia dalam bidang
genomic yang terdapat dalam molekul DNA.
Kemampuan untuk memahami
dan memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh teknologi
informasi melalui perkembangan hardware dan soffware. Baik pihak pabrikan
sofware dan harware maupun pihak ketiga dalam produksi perangkat lunak. Salah
satu contohnya dapat dilihat pada upaya Celera Genomics, perusahaan
bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia yang
secara maksimal memanfaatkan teknologi informasi sehingga bisa melakukan
pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun).
Perkembangan teknologi DNA
rekombinan memainkan peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi
DNA rekombinan memunculkan suatu pengetahuan baru dalam rekayasa genetika
organisme yang dikenala bioteknologi. Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi
tradisional ke bioteknologi modren salah satunya ditandainya dengan kemampuan
manusia dalam melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi
DNA.
Sekuensing DNA satu organisme,
misalnya suatu virus memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida atau molekul DNA
atau sekitar 11 gen, yang telah berhasil dibaca secara menyeluruh pada
tahun 1977. Kemudia Sekuen seluruh DNA manusia terdiri dari 3 milyar nukleotida
yang menyusun 100.000 gen dapat dipetakan dalam waktu 3 tahun, walaupun semua ini
belum terlalu lengkap. Saat ini terdapat milyaran data nukleotida yang
tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan tahun 1982.
Bioinformatika ialah ilmu yang mempelajari
penerapan teknik komputasi untuk
mengelola dan menganalisis informasi hayati. Bidang ini mencakup penerapan
metode-metode matematika,statistika, dan informatika untuk
memecahkan masalah-masalah biologi, terutama yang terkait dengan penggunaan
sekuens DNA dan asam amino. Contoh
topik utama bidang ini meliputipangkalan
data untuk mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun
struktur sekunder RNA,
analisisfilogenetik,
dan analisis ekspresi gen.
Bioinformatika pertamakali
dikemukakan pada pertengahan 1980an untuk
mengacu kepada penerapan ilmu komputer dalam
bidang biologi. Meskipun demikian, penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika
seperti pembuatan pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk
analisis sekuens
biologi telah dilakukan sejak tahun 1960an.
Kemajuan teknik biologi molekuler dalam
mengungkap sekuens biologi protein (sejak awal 1950an) dan asam nukleat (sejak
1960an) mengawali perkembangan pangkalan data dan teknik analisis sekuens
biologi. Pangkalan data sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun
1960an diAmerika
Serikat, sementara pangkalan data sekuens DNA dikembangkan pada
akhir 1970an di Amerika Serikat dan Jerman pada
Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (European
Molecular Biology Laboratory).
Penemuan teknik sekuensing DNA
yang lebih cepat pada pertengahan 1970an menjadi landasan terjadinya ledakan
jumlah sekuens DNA yang dapat diungkapkan pada 1980an dan 1990an. Hal ini
menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, yang meningkatkan
kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan
lahirnya bioinformatika.
Perkembangan jaringan internet juga
mendukung berkembangnya bioinformatika. Pangkalan data bioinformatika yang
terhubungkan melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengumpulkan hasil
sekuensing ke dalam pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi
sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program
aplikasi bioinformatika melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengakses
program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya.
Pangkalan Data sekuens
biologi dapat berupa pangkalan data primer untuk menyimpan sekuens primer asam nukleat dan protein, pangkalan
data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan pangkalan data
struktur untuk menyimpan data struktur protein dan asam nukleat.
Pangkalan data utama untuk
sekuens asam nukleat saat ini adalah GenBank (Amerika
Serikat), EMBL (the
European Molecular Biology Laboratory, Eropa), dan DDBJ (DNA Data Bank of
Japan, Jepang). Ketiga
pangkalan data tersebut bekerja sama dan bertukar data secara harian untuk
menjaga keluasan cakupan masing-masing pangkalan data. Sumber utama data
sekuens asam nukleat adalah submisi (pengumpulan) langsung dari peneliti
individual, proyek sekuensing genom,
dan pendaftaran paten.
Selain berisi sekuens asam nukleat, entri dalam pangkalan data sekuens asam
nukleat pada umumnya mengandung informasi tentang jenis asam nukleat (DNA atau RNA), namaorganisme sumber
asam nukleat tersebut, dan segala sesuatu yang berkaitan dengan sekuens asam
nukleat tersebut.
Selain asam nukleat, beberapa
contoh pangkalan data penting yang menyimpan sekuens primer protein
adalah PIR (Protein
Information Resource, Amerika Serikat), Swiss-Prot (Eropa), danTrEMBL (Eropa). Ketiga
pangkalan 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 pada umumnya berisi penjelasan mengenai fungsi protein
tersebut.
Perangkat bioinformatika yang
berkaitan erat dengan penggunaan pangkalan data sekuens Biologi ialah BLAST (Basic Local
Alignment Search Tool). Penelusuran BLAST (BLAST search) pada
pangkalan data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens baik 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 hasilsekuensing atau
untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuensing. Algoritma yang
mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.
PDB (Protein
Data Bank, Bank Data Protein) ialah pangkalan data tunggal yang menyimpan
model struktur 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 atau
pun asam nukleat.
sumber
:http://bioinformatika-q.blogspot.com/
