PENGANTAR KOMPUTASI MODERN
DNASIS
4IA12
Anggota Kelompok :
Purwo Adhi Nugroho (56413959)
Raga DImas Pradipta (57413141)
ABSTRAK
Bioinformatika
merupakan kajian yang memadukan disiplin biologi molekul, matematika dan teknik
informasi (TI). Ilmu ini didefinisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan
analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi molekul. Biologi
molekul sendiri juga merupakan bidang interdisipliner, mempelajari kehidupan
dalam level molekul.
Mula-mula
bidang kajian ini muncul atas inisiatif para ahli biologi molekul dan ahli
statistik, berdasarkan pola pikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bisa
dibuat secara artificial melalui simulasi dari data-data yang ada. Pada bidang
Bioinformatika, data-data atau tindak-tanduk gejala genetika menjadi inti
pembentukan simulasi.
Pada
saat ini, Bioinformatika ini mempunyai peranan yang sangat penting, diantaranya
adalah untuk manajemen data-data biologi molekul, terutama sekuen DNA dan
informasi genetika . Perangkat utama Bioinformatika adalah software dan
didukung oleh kesediaan internet.
Bioinformatika
mempunyai peluang yang sangat besar untuk berkembang karena banyak sekali
cabang-cabang ilmu yang terkait dengannya. Namun sayangnya di Indonesia sendiri
Bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Di kalangan peneliti
biologi, mungkin hanya para peneliti biologi molekul yang mengikuti
perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-perangkat Bioinformatika
untuk analisa data. Sementara di kalangan TI --mengingat kuatnya disiplin
biologi yang menjadi pendukungnya-- kajian ini juga masih kurang mendapat
perhatian. Paper ini bertujuan untuk lebih mengenalkan Bioinformatika di
kalangan TI dan masyarakat luas.
PENDAHULUAN
Penetrasi
Teknologi Informasi (TI) dalam berbagai disiplin ilmu telah melipatgandakan
perkembangan ilmu bersangkutan. Berbagai kajian baru bermunculan, sejalan
dengan perkembangan TI itu sendiri dan disiplin ilmu yang didukungnya. Aplikasi
TI dalam bidang biologi molekul telah melahirkan bidang Bioinformatika. Kajian
ini semakin penting, sebab perkembangannya telah mendorong kemajuan
bioteknologi di satu sisi, dan pada sisi lain memberi efek domino pada bidang
kedokteran, farmasi, lingkungan dan lainnya.
Kajian
baru Bioinformatika ini tak lepas dari perkembangan biologi molekul modern yang
ditandai dengan kemampuan manusia untuk memahami genom, yaitu cetak biru
informasi genetik yang menentukan sifat setiap makhluk hidup yang disandi dalam
bentuk pita molekul DNA (asam deoksiribonukleat). Kemampuan untuk memahami dan
memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh TI melalui perangkat
perangkat keras maupun lunak. Hal ini bisa dilihat pada upaya Celera Genomics,
perusahaan bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom
manusia yang secara maksimal memanfaatkan TI sehingga bisa melakukan
pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun), dibanding usaha
konsorsium lembaga riset publik AS, Eropa, dan lain-lain, yang memakan waktu
lebih dari 10 tahun.
Bioteknologi
modern ditandai dengan kemampuan pada manipulasi DNA. Rantai/sekuen DNA yang
mengkode protein disebut gen. Gen ditranskripsikan menjadi mRNA, kemudian mRNA
ditranslasikan menjadi protein. Protein sebagai produk akhir bertugas menunjang
seluruh proses kehidupan, antara lain sebagai katalis reaksi biokimia dalam
tubuh (disebut enzim), berperan serta dalam sistem pertahanan tubuh melawan
virus, parasit dan lain-lain (disebut antibodi), menyusun struktur tubuh dari
ujung kaki (otot terbentuk dari protein actin, myosin, dan sebagainya) sampai
ujung rambut (rambut tersusun dari protein keratin), dan lain-lain. Arus
informasi, DNA -> RNA -> Protein, inilah yang disebut sentral dogma dalam
biologi molekul.
Desakan
kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpan dan menganalisa data-data biologis dari
database DNA, RNA maupun protein inilah yang semakin memacu perkembangan kajian
Bioinformatika.
PEMBAHASAN
1.2.1. Bioinformatika
dalam Bidang Klinis
Bioinformatika
dalam bidang klinis sering disebut sebagai informatika klinis (clinical
informatics). Aplikasi dari informatika klinis ini 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. 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 rontgen, ukuran detak jantung,
dan lain lain. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai
dengan kondisi pasien tertentu dan lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom
manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang,
sehingga penanganan terhadap pasien menjadi lebih akurat.
1.2.2. 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).
Pada
awalnya, penyakit ini diperkirakan disebabkan oleh virus influenza karena
gejalanya mirip dengan gejala pengidap influenza. Akan tetapi ternyata dugaan
ini salah karena virus influenza tidak terisolasi dari pasien. Perkirakan lain
penyakit ini disebabkan oleh bakteri Candida karena bakteri ini terisolasi dari
beberapa pasien. Tapi perkiraan ini juga salah. Akhirnya ditemukan bahwa dari
sebagian besar pasien SARS terisolasi virus Corona jika dilihat dari
morfologinya. Sekuen genom virus ini kemudian dibaca dan dari hasil analisa
dikonfirmasikan bahwa penyebab SARS adalah virus Corona yang telah berubah
(mutasi) dari virus Corona yang ada selama ini.
Dalam
rentetan proses ini, Bioinformatika memegang peranan penting. Pertama pada
proses pembacaan genom virus Corona. Karena di database seperti GenBank, EMBL
(European Molecular Biology Laboratory), dan DDBJ (DNA Data Bank of Japan)
sudah tersedia data sekuen beberapa virus Corona, yang bisa digunakan untuk
mendisain primer yang digunakan untuk amplifikasi DNA virus SARS ini. Software
untuk mendisain primer juga tersedia, baik yang gratis maupun yang komersial.
Contoh yang gratis adalah Webprimer yang disediakan oleh Stanford Genomic
Resources (http://genome-www2.stanford.edu/cgi-bin/SGD/web-primer), GeneWalker
yang disediakan oleh Cybergene AB
(http://www.cybergene.se/primerdisain/genewalker), dan lain sebagainya. Untuk
yang komersial ada Primer Disainer yang dikembangkan oleh Scientific &
Education Software, dan software-software untuk analisa DNA lainnya seperti
Sequencher (GeneCodes Corp.), SeqMan II (DNA STAR Inc.), Genetyx (GENETYX
Corp.), DNASIS (HITACHI Software), dan lain lain.
Kedua
pada proses mencari kemiripan sekuen (homology alignment) virus yang didapatkan
dengan virus lainnya. Dari hasil analisa virus SARS diketahui bahwa genom virus
Corona penyebab SARS berbeda dengan virus Corona lainnya. Perbedaan ini
diketahui dengan menggunakan homology alignment dari sekuen virus SARS.
Selanjutnya, Bioinformatika juga berfungsi untuk analisa posisi sejauh mana
suatu virus berbeda dengan virus lainnya.
1.2.3. Bioinformatika
untuk Diagnosa Penyakit Baru
Untuk
menangani penyakit baru diperlukan diagnosa yang akurat sehingga dapat
dibedakan dengan penyakit lain. Diagnosa yang akurat ini sangat diperlukan untuk
pemberian obat dan perawatan yang tepat bagi pasien.
Ada
beberapa cara untuk mendiagnosa suatu penyakit, antara lain: isolasi agent
penyebab penyakit tersebut dan analisa morfologinya, deteksi antibodi yang
dihasilkan dari infeksi dengan teknik enzyme-linked immunosorbent assay
(ELISA), dan deteksi gen dari agent pembawa penyakit tersebut dengan Polymerase
Chain Reaction (PCR). Teknik yang banyak dan lazim dipakai saat ini adalah
teknik PCR.
Teknik
ini sederhana, praktis dan cepat. Yang penting dalam teknik PCR adalah disain
primer untuk amplifikasi DNA, yang memerlukan data sekuen dari genom agent yang
bersangkutan dan software seperti yang telah diuraikan di atas. Disinilah
Bioinformatika memainkan peranannya. Untuk agent yang mempunyai genom RNA, harus
dilakukan reverse transcription (proses sintesa DNA dari RNA) terlebih dahulu
dengan menggunakan enzim reverse transcriptase. Setelah DNA diperoleh baru
dilakukan PCR. Reverse transcription dan PCR ini bisa dilakukan sekaligus dan
biasanya dinamakan RT-PCR.
Teknik
PCR ini bersifat kualitatif, oleh sebab itu sejak beberapa tahun yang lalu
dikembangkan teknik lain, yaitu Real Time PCR yang bersifat kuantitatif. Dari
hasil Real Time PCR ini bisa ditentukan kuantitas suatu agent di dalam tubuh
seseorang, sehingga bisa dievaluasi tingkat emergensinya. Pada Real Time PCR
ini selain primer diperlukan probe yang harus didisain sesuai dengan sekuen
agent yang bersangkutan. Di sini juga diperlukan software atau program
Bioinformatika.
1.2.4. 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.
Analisa
struktur dan fungsi enzim ini dilakukan dengan cara mengganti asam amino
tertentu dan menguji efeknya. Analisa penggantian asam amino ini dahulu
dilakukan secara random sehingga memerlukan waktu yang lama. Setelah
Bioinformatika berkembang, 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 dapat dibandingkan sekuen asam
amino-nya, sehingga bisa diperkirakan asam amino yang berperan untuk aktivitas
(active site) dan kestabilan enzim tersebut.
Setelah
asam amino yang berperan sebagai active site dan kestabilan enzim tersebut
ditemukan, kemudian dicari atau disintesa senyawa yang dapat berinteraksi
dengan asam amino tersebut. Dengan data yang ada di PDB, maka dapat dilihat
struktur 3D suatu enzim termasuk active site-nya, sehingga bisa diperkirakan
bentuk senyawa yang akan berinteraksi dengan active site tersebut. Dengan
demikian, kita cukup mensintesa senyawa yang diperkirakan akan berinteraksi,
sehingga obat terhadap suatu penyakit akan jauh lebih cepat ditemukan. Cara ini
dinamakan “docking” dan telah banyak digunakan oleh perusahaan farmasi untuk
penemuan obat baru.
Meskipun
dengan Bioinformatika ini dapat diperkirakan senyawa yang berinteraksi dan
menekan fungsi suatu enzim, namun hasilnya harus dikonfirmasi dahulu melalui
eksperimen di laboratorium. Akan tetapi dengan Bioinformatika, semua proses ini
bisa dilakukan lebih cepat sehingga lebih efisien baik dari segi waktu maupun
finansial.
Tahun
1997, Ian Wilmut dari Roslin Institute dan PPL Therapeutics Ltd, Edinburgh,
Skotlandia, berhasil mengklon gen manusia yang menghasilkan faktor IX (faktor
pembekuan darah), dan memasukkan ke kromosom biri-biri. Diharapkan biri-biri
yang selnya mengandung gen manusia faktor IX akan menghasilkan susu yang
mengandung faktor pembekuan darah. Jika berhasil diproduksi dalam jumlah banyak
maka faktor IX yang diisolasi dari susu harganya bisa lebih murah untuk
membantu para penderita hemofilia.
KESIMPULAN
Bioinformatika
adalah teknologi pengumpulan, penyimpanan, analisis, interpretasi, penyebaran
dan aplikasi dari data-data biologi molekul. Perangkat utama Bioinformatika
adalah software dan didukung oleh kesediaan internet dan server World Wide Web
(WWW).
Dengan
Bioinformatika, data-data yang dihasilkan dari proyek genom dapat disimpan
dengan teratur dalam waktu yang singkat dengan tingkat akurasi yang tinggi
serta sekaligus dianalisa dengan program-program yang dibuat untuk tujuan
tertentu. Sebaliknya Bioinformatika juga mempercepat penyelesaian proyek genom
karena Bioinformatika memberikan program-program yang diperlukan untuk proses
pembacaan genom ini.
Dalam
dunia kedokteran, keberhasilan proyek genom ini membuka kemungkinan luas untuk
menangani berbagai penyakit genetik serta memprediksi resiko terkena penyakit
genetik. Juga dapat digunakan untuk mengetahui respon tubuh terhadap obat
sehingga efektivitas pengobatan bisa ditingkatkan.
REFERENSI
