RSS

Bioinformatika

16 Jan

BIOINFORMATIKA

Apa itu Bioinformatika?

Dalam ensiklopedi Wikipedia (2007) disebutkan bahwa Bioinformatika adalah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis. Bioinformatika merupakan ilmu gabungan antara ilmu biologi dan ilmu teknik informasi (TI). Pada umumnya, Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi 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.
Contoh topik utama bidang ini meliputi database 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.
Aprijani dan Elfaizi (2004) menyatakan bioinformatika merupakan kajian yang memadukan disiplin biologi molekul, matematika dan teknonologi informasi (TI). Ilmu ini didefinisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisis untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi molekul. Biologi molekul sendiri juga merupakan bidang interdisipliner, mempelajari kehidupan dalam level molekul. Utama (2003) menyatakan bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi. Ilmu ini merupakan ilmu baru yang yang merangkul berbagai disiplin ilmu termasuk ilmu komputer, matematika dan fisika, biologi, dan ilmu kedokteran, yang kesemuanya saling menunjang dan saling bermanfaat satu sama lainnya.
Sedangkan menurut Tekaia (2004, dalam Aprijani dan Elfaizi (2004) bioinformatika merupakan metode matematika, statistik dan komputasi yang bertujuan untuk menyelesaikan masalah-masalah biologi dengan menggunakan sekuen DNA dan asam amino dan informasi-informasi yang terkait dengannya.

Awal Mula Lahirnya Disiplin Ilmu Bioinformatika

Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer berdasarkan artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bisa dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut. Berbagai kajian baru bermunculan, sejalan dengan perkembangan TI 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 pun 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.
Di dalam ensiklopedi Microsoft Encarta (2006) disebutkan bahwa proyek besar yang berusaha mengungkap tabir genom manusia yaitu Human Genom Project (HGP) telah menghasilkan urutan genom manusia. Urutan genom manusia yang lengkap ini telah menghasilkan suatu katalog sekitar 20.000 sampai 25.000 gen manusia, peta kromosom beresolusi tinggi, beratus ribu hal yang menonjol serta milyaran informasi pasangan basa urutan DNA. Sudah menjadi kebutuhan yang sangat mendesak untuk menampung banjirnya informasi dan data yang sangat bermanfaat ini sekaligus juga mudah dan cepat untuk mengaksesnya. Untuk itu sistem manajemen informasi laboratorium, yang bersifat otomatis, sistem manajemen database, dan alat penghubung pemakai grafis merupakan perkakas komputasi yang diperlukan untuk membantu peneliti genom adalah sesuatu yang sangat dibutuhkan.
Kelahiran Bioinformatika modern tak lepas dari perkembangan bioteknologi di era tahun 70-an, di mana seorang ilmuwan AS melakukan inovasi dalam mengembangkan teknologi DNA rekombinan. Berkat penemuan ini lahirlah perusahaan bioteknologi pertama di dunia, yaitu Genentech di AS, yang kemudian memproduksi protein hormon insulin dalam bakteri, yang dibutuhkan penderita diabetes.

Ruang Lingkup Bioinformatika

Menurut Aprijani dan Elfaizi (2004) terdapat beberapa cabang ilmu yang terkait dengan bioinformatika. Cabang-cabang tersebut antara lain: Biofisik, Computational Biology, Medical Infromatics, Cheminformatics, Genomics, Mathematical Biology, Proteomics, Pharmacogenomics, serta Pharmacogenetics. Dengan adanya gambaran bahwa Bionformatika terkait dengan bidang-bidang ilmu yang lain memperlihatkan bahwa Bioinformatika mempunyai ruang lingkup yang sangat luas dan mempunyai peran yang sangat besar dalam bidangnya. Bahkan pada bidang pelayanan kesehatan Bioinformatika menimbulkan disiplin ilmu baru yang menyebabkan peningkatan pelayanan kesehatan.
Sedikit usaha statistik telah mendatangkan banyak kegembiraan, harapan, keprihatinan, kejutan, rasa keingintahuan, antusiasme, dan data yaitu Human Genome Project (HGP). Bidang kajian baru yang muncul dengan nama baru karena terinspirasi oleh HGP antara lain: Genomik, Farmakogenomik, Bioinformatika. Tulisan William Safire di New York Times Sunday Magazine (18 Feb 2001) mencantumkan sebuah judul dengan kata tunggal ”Proteomik”. Selamat datang di dunia ”informasi” yang berkelanjutan yang sarat muatan.

Mengapa Bioinformatika Menjadi Tren Ilmu Masa Kini?

Bioteknologi modern ditandai dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode genetik DNA. Berbagai aplikasinya telah merambah sektor kedokteran, pangan, lingkungan, dsb. Kemajuan ilmu Bioinformatika ini dimulai dari genome project yang dilaksanakan di seluruh dunia dan menghasilkan tumpukan informasi gen dari berbagai makhluk hidup, mulai dari makhluk hidup tingkat rendah sampai makhluk hidup tingkat tinggi. Pada tahun 2001 pembacaan sekuen genom manusia yang dilakukan oleh perusahaan bioteknologi Amerika Serikat (AS) Celera Genomics menjadi lebih cepat dan lebih akurat dibanding usaha konsorsium lembaga riset publik AS, Eropa, dll berkat kontribusi TI melalui perangkat komputasinya (perangkat keras maupun lunak). Aplikasi TI life sciences yang melahirkan bidang Bioinformatika dalam bidang biologi/akan menjadi semakin penting di masa depan, tidak hanya mengakselerasi kemajuan bioteknologi namun juga menjembatani dua gelombang ekonomi baru tersebut (TI & bioteknologi).
Hasil pembacaan dari genome project ini adalah database genom-genom. Semua data-data yang dihasilkan dari genome project ini perlu di susun dan disimpan rapi sehingga bisa digunakan untuk berbagai keperluan, baik keperluan penelitian maupun keperluan di bidang medis. Dalam hal ini peranan Bioinformatika merupakan hal yang esensial.
Keberadaan database adalah syarat utama dalam analisa Bioinformatika. Database informasi dasar telah tersedia saat ini. Untuk database DNA yang utama adalah GenBank di AS (Gambar 2). Sementara itu bagi protein dan sekuen asam aminonya, databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) dan untuk struktur 3D-nya di Protein Data Bank (PDB; AS).
Dengan Bioinformatika, data-data ini bisa disimpan dengan teratur dalam waktu yang singkat dan tingkat akurasi yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu. Sebaliknya Bioinformatika juga mempercepat penyelesaian genome project ini karena Bioinformatika mensuplai program-program yang diperlukan untuk proses pembacaan genom ini.
Sedikit usaha statistik telah mendatangkan banyak kegembiraan, harapan, keprihatinan, kejutan, rasa keingintahuan, antusiasme, dan data yaitu Human Genome Project (HGP). Bidang kajian baru yang muncul dengan nama baru karena terinspirasi oleh HGP antara lain: Genomik, Farmakogenomik, Bioinformatika. Tulisan William Safire di New York Times Sunday Magazine (18 Feb 2001) mencantumkan sebuah judul dengan kata tunggal ”Proteomik”. Selamat datang di dunia ”informasi” yang berkelanjutan yang sarat muatan.
HGP menyediakan banyak peluang untuk memanfaatkan dan memodifikasi isi paket pelajaran yang ada dengan lebih mudah. Ketika membicarakan tentang keterbatasan ilmu dan teknologi, HGP menyediakan beberapa contoh perubahan peran kemapanan, ketepatan instrumen dan beragam tekanan seperti, undang-undang, politik dan ekonomi. Perbedaan antara ilmu pengetahuan yang besar dengan ilmu pengetahuan yang kecil dapat digambarkan dengan seberapa banyak perhatian yang tercurah untuknya. Hal ini akan tampak bahwa pemahaman kita terhadap hipotesis tersebut diterima atau ditolak, terbukti atau tidak terbukti dapat dicontohkan dengan realisasi bahwa sebuah gen paling mungkin mengkode untuk lebih dari satu polipeptida.

CONTOH APLIKASI DAN IMPLIKASINYA

Bioinformatika dalam Dunia Kedokteran

1. Bioinformatika dalam bidang klinis
Perananan Bioinformatika dalam bidang klinis ini sering juga disebut sebagai informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi dari clinical informatics ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari pasien melalui Electrical Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement J.
Sebagai salah satu contoh, jika kita ingin melihat tentang kanker payudara, kita tinggal masukan kata-kata dan setelah searching akan keluar berbagai jenis kanker payudara. Kalau kita ingin mengetahui lebih detil tetang salah satu diantaranya, kita tinggal klik dan akan mendapatkan informasi detil mengenai hal tersebut beserta posisi gen penyebabnya di dalam koromosom. Gambar 3 adalah salah satu hasil searching dari breast cancer.
2. Bioinformatika untuk penemuan obat
Walaupun dengan sarana Bioinformatika bisa diperkirakan senyawa yang berinteraksi dan menekan fungsi suatu enzim, hasilnya harus dikonfirmasi melalui eksperiment di laboratorium. Namun dengan Bioinformatika, semua proses ini bisa dilakukan lebih cepat sehingga lebih efesien baik dari segi waktu maupun finansial.

Bioinformatika dalam Virologi

Sebelum kemajuan bioinformatika, untuk mengklasifikasikan virus kita harus melihat morfologinya terlebih dahulu. Untuk melihat morfologi virus dengan akurat, biasanya digunakan mikroskop elektron yang harganya sangat mahal sehingga tidak bisa dimiliki oleh semua laboratorium. Selain itu, kita harus bisa mengisolasi dan mendapatkan virus itu sendiri.
Isolasi virus adalah suatu pekerjaan yang tidak mudah. Banyak virus yang tidak bisa dikulturkan, apalagi diisolasi. Virus hepatitis C (HCV), misalnya, sampai saat ini belum ada yang bisa mengkulturkannya, sehingga belum ada yang tahu bentuk morfologi virus ini. Begitu juga virus hepatitis E (HEV) dan kelompok virus yang termasuk ke dalam family Calliciviridae, dimana sampai saat ini belum ditemukan sistem pengkulturannya.
Walaupun untuk beberapa virus bisa dikulturkan, tidak semuanya bisa diisolasi dengan mudah. Oleh karena itu, sebelum perkembangan bioinformatika, kita tidak bisa mengidentifikasi dan mengklasifikasikan virus-virus semacam ini.
Dengan kemajuan teknik isolasi DNA/RNA, teknik sekuensing dan ditunjang dengan kemajuan bioinformatika, masalah diatas bisa teratasi. Untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasikan virus, isolasi virus tidak lagi menjadi suatu hal yang mutlak. Kita cukup dengan hanya melakukan sekuensing terhadap gen-nya. Ini adalah salah satu hasil kemajuan bioinformatika yang nyata dalam bidang virologi.

 
Leave a comment

Posted by on January 16, 2013 in TIK for BIOLOGY

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: