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 meliputi pangkalan
data untuk mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun
struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, 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 di
Amerika 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), nama organisme 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), dan TrEMBL (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 hasil sekuensing 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.
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. McDonald dari Indiana University School of
Medicine pada tahun 1972 [5]. 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 ronsen, ukuran detak jantung,
dll. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai dengan
kondisi pasien tertentu. Lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom manusia, akan
memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang, sehingga personal
care terhadap pasien menjadi lebih akurat.
2. Bioinformatika untuk
identifikasi agent penyakit baru
Bioinformatika juga menyediakan
tool yang esensial untuk identifikasi agent penyakit yang belum dikenal
penyebabnya. Banyak sekali contoh-contoh penyakit baru (emerging diseases) yang
muncul dalam dekade ini, dan diantaranya yang masih hangat di telinga kita
tentu saja SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome).
3. Bioinformatika untuk diagnosa
penyakit baru
Untuk penyakit baru diperlukan
diagnosa yang akurat sehingga bisa dibedakan dengan penyakit lain. Diagnosa
yang akurat ini sangat diperlukan untuk penanganan pasien seperti pemberian
obat dan perawatan yang tepat. Jika pasien terinfeksi virus influenza dengan
panas tinggi, hanya akan sembuh jika diberi obat yang cocok untuk infeksi virus
influenza. Sebaliknya, tidak akan sembuh kalau diberi obat untuk malaria.
Karena itu, diagnosa yang tepat untuk suatu penyakit sangat diperlukan.
4. Bioinformatika untuk 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.
Sumber :
http://bioinformatika-q.blogspot.com/
http://bio.takara.co.jp/catalog/
http://id.wikipedia.com/bioinfomatika.html
https://andri102.wordpress.com/bioinformatika/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar