Bioinformatika (bioinformatics) adalah ilmu yang mempelajari
penerapan teknik komputasional
untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis.
Pembahasan dibidang bioinformatik ini tidak terlepas
dari perkembangan biologi molekular modern, salah satunya peningkatan pemahaman
manusia dalam bidang genomic yang terdapat dalam molekul DNA.
Bidang ini mencakup penerapan metode-metode
matematika, statistika, informatika, fisika, biologi, dan ilmu kedokteran untuk
memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino serta informasi yang
berkaitan dengannya. Contoh topik utama bidang ini meliputi basis data 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.
Latar
Belakang Bioinformatika
Kemajuan bioteknologi dan teknologi informasi
dilatarbelakangi oleh ledakan data (data explosion)
observasi biologi sebagai hasil yang dicapai dari kemajuan bioteknologi.
Contohnya adalah pertumbuhan pesat database DNA pada GenBank. Genbank adalah
database utama dalam biologi molekuler, yang dikelola oleh NCBI (National
Center for Biotechnology Information) di AS.
Kemampuan untuk memahami dan memanipulasi kode genetik
DNA ini sangat didukung oleh teknologi informasi melalui perkembangan hardware
dan software. 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).
Peluang
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. Untuk mewujudkan hal ini diperlukan
data-data yang yang menjadi kunci penentu tindak-tanduk gejala alam tersebut,
yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA.
Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data
dari dunia biologi dan kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah
program software dan didukung oleh kesediaan internet
Teknologi DNA Rekombinan
Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan
peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA rekombinan memunculkan suatu pengetahuan
baru dalam rekayasa genetika organisme yang dikenal dengan bioteknologi.
Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi
tradisional ke bioteknologi modern salah satunya ditandainya dengan kemampuan
manusia dalam melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi
DNA.
Sekuensing 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. Kemudian 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.
Sejarah Bioinformatika
• 1960an: penerapan bidang-bidang
dalam bioinformatika seperti pembuatan pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens
biologi.
• 1970an:
pangkalan data sekuens DNA dikembangkan di Amerika Serikat dan Jerman pada Laboratorium Biologi
Molekuler Eropa (European Molecular Biology Laboratory).
• 1970an: Penemuan
teknik sekuensing DNA
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.
• 1980an: Bioinformatika
pertamakali dikemukakan untuk mengacu kepada penerapan ilmu komputer dalam bidang biologi.
Tepatnya, istilah Bioinformatika pertama kali diperkenalkan pada 1979 oleh
Paulien Hogeweg.
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.
Kemajuan ilmu Bioinformatika ini lebih didesak lagi
oleh 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, genom manusia yang terdiri dari 2.91
juta bp (base-pare, pasangan basa) telah selesai dibaca.
Baru-baru ini genom mikroba Plasmodium penyebab
Malaria dan nyamuk Anopheles yang menjadi vektor mikroba tersebut juga
telah berhasil dibaca. Dan masih banyak lagi gen-gen dari makhluk hidup lainnya
yang sudah dan sedang dibaca
Pengorganisasian data yang ada sangat berguna untuk
analisis yang lebih baik. Pekerja
di bidang bioinformatika memastikan informasi biologis tersedia, melalui
pengawasan kualitas, pemeriksaan silang, dan standarisasi, untuk selanjutnya
bisa dicari dengan mudah.
Istilah Biologi
•
Biologi molecular
: Merupakan salah satu cabang biologi yang merujuk kepada pengkajian mengenai
kehidupan pada skala molekul.
•
Sel : merupakan
unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis.
• DNA : Asam
deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic
acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat
kering
setiap organisme. Di dalam
sel, DNA umumnya
terletak di dalam inti sel.
Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel
adalah sebagai materi
genetik;
artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel.
• RNA : Asam
ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic
acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan
peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma
pokok
(central dogma) genetika molekular, RNA
menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan
dalam bentuk protein.
•
Gen : Gen
adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Gen adalah bagian DNA yang
bertugas untuk menentukan kapan, dimana, seberapa banyak suatu protein
diproduksi.
• Molekul : didefinisikan
sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan
sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup
stabil
• Protein : senyawa
organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari
monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan
peptida.
•
Genom : Genom
(Ing. genome), dalam genetika, adalah keseluruhan bahan genetik yang membawa
semua informasi pendukung kehidupan pada suatu makhluk hidup, baik yang
merupakan gen atau bukan.
Tools Bioinformatika
BLAST
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
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.
Kesimpulan
Masih banyak kendala dalam bioinformatika, di
antaranya adalah kesulitan untuk menemukan semua gen dari organisme,
mengidentifikasi dan menjelaskan tentang gen-gen tersebut, kesulitan dalam
membandingkan kemiripan DNA/protein yang ada, dan seterusnya.
Namun semakin canggihnya komputer membuat
bioinformatika patut optimis. Karena komputer hanya bisa membuat data dan mereka tidak memberikan
jawaban, dunia ini masih memerlukan banyak orang yang mau dan mampu memberikan
jawaban atas persoalan biologis yang bermanfaat bagi kehidupan di dunia.
By:
- Fabiola Nur Islamiyah (52410462)
- Fauzan Mulya Adiputra (52410642)
- Mutiara Yulianingsih (54410887)
- Putri Ratna Sari (55410464)
Reference
- http://bioinformatika-q.blogspot.com
- http://www.unpad.ac.id
- http://id.wikipedia.org
- https://lecturer.eepis-its.edu/~tita/KTI/Materi/Bioinformatika1%20Sejarah.ppt
