Tugas MakalahBioteknologi Molekular
BIOTEKNOLOGI MOLEKULAR BERBASIS TEKNOLOGI INFORMASI
Oleh:
Marthinus PongsendanaH311 09 282
Jurusan KimiaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas HasanuddinMakassar
2012
BAB I
PENDAHULUAN
Saat ini perkembangan bioteknologi molekuler cukup pesat. Besarnya
database sequence biologi seperti DNA, RNA dan rangkaian protein tentu
memerlukan sistem penggalian data yang tepat dan terotomasi sehingga dapat
mengurangi biaya penelitian.
Pada kajian ilmu biologi molekuler modern dijelaskan bahwa sequence
DNA/RNA dan sequence protein merupakan unit dasar yang terlibat dalam fungsi
biologis khusus sehingga bisa dikatakan bahwa sequence biologis hanyalah
kombinasi dari unit-unit dasar. Karakteristik fungsional dari sequence tersebut
hanya melibatkan struktur utamanya, tetapi juga bentuk tiga dimensinya.
Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan peranan penting
dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA rekombinan memunculkan suatu
pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organisme yang dikenal 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.
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.
BAB II
ISI
Bioinformatika merupakan ilmu terapan yang lahir dari perkembangan
teknologi informasi dibidang molekular. Pembahasan dibidang bioinformatika 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) (Jokojowo, 2012).
Bioteknologi modern lahir tahun 70-an diawali dengan inovasi ilmuwan
AS mengembangkan teknologi DNA rekombinan. Berkat penemuan ini lahirlah
perusahaan bioteknologi pertama di dunia, Genentech di AS yang segera
memproduksi protein hormon, insulin yang dibutuhkan penderita diabetes, dalam
bakteri. Selama ini insulin hanya bisa didapatkan dalam jumlah sangat terbatas
dari organ pankreas sapi. Sebagaimana TI, saat ini produk bioteknologi telah
mengimbas bahkan kepada kebutuhan hidup sehari-hari masyarakat seperti
pangan, kosmetika, dsb.
Gambar 1. Sentral dogma: Arus informasi dalam sel .
Ciri dari bioteknologi modern tadi adalah kemampuan pada manipulasi
DNA. Rantai/sekuen DNA yang mengkode protein disebut gen. Gen itu
ditranskripsikan menjadi mRNA yang selanjutnya mRNA ditranslasikan menjadi
protein (Gambar 1). Protein sebagai produk akhir adalah yang bertugas
menunjang seluruh proses kehidupan antara lain sebagai katalis reaksi biokimia
dalam tubuh (protein ini disebut enzim), ikut serta dalam sistem pertahanan tubuh
melawan virus, parasit dll (disebut antibodi), menyusun struktur tubuh dari ujung
kaki (otot terbentuk dari protein actin, myosin, dsb) sampai ujung rambut (rambut
tersusun dari protein keratin), dll. Arus informasi, DNA -> RNA -> Protein, inilah
yang disebut sentral dogma dalam bioteknologi (Witarto, 2003).
Salah satu input penting untuk riset biologi molekuler dan pengembangan
bioteknologi adalah gen, bagian dari genom yang membawa sifat suatu
organisme. Usaha untuk memahami ataupun memodifikasi berbagai proses
biologi pada tingkat molekuler, memerlukan tersedianya gen-gen yang terlibat di
dalam proses tersebut termasuk informasi yang terkait dengan gengen tersebut.
Identifikasi dan karakterisasi gen seringkali diperlukan dalam berbagai percobaan
molekuler antara lain isolasi, kloning ataupun mempelajari ekspresinya. Untuk itu
diperlukan adanya pelacak spesifik gen yang dapat mengidentifikasi
keberadaannya maupun ekspresinya dengan cara yang mudah namun akurat. Ada
beberapa pendekatan yang dapat digunakan untuk mengembangkan pelacak
spesifik tersebut. Pendekatan yang memanfaatkan kemajuan bioinformatika dan
teknik PCR, saat ini merupakan salah satu cara yang relatif mudah yang dapat
dilakukan (Santoso, 2001).
Pada abad ke-21 ini ilmu pengetahuan yang dikembangkan oleh manusia
maju sangat pesat. Banyak penemuan-penemuan baru di berbagai bidang yang
sebelumnya sulit untuk diperkirakan. Salah satu bidang yang berkembang sangat
cepat adalah teknolgi informasi (TI). Berbagai produk dan jasa dalam bidang
teknologi informasi mulai dari komputer pribadi, internet, handphone sudah
dinikmati oleh masyarakat luas. Kekuatan inovasi teknologi yang disepadankan
dengan teknologi informasi saat ini adalah bioteknologi yang merupakan salah
satu cabang ilmu biologi. Dengan adanya bioteknologi modern yang ditandai
dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode genetik DNA. Berbagai
aplikasinya telah merambah berbagai sektor seperti kedokteran, pangan, dan
lingkungan. Ledakan informasi dari kemajuan bioteknologi seperti data sekuen
DNA dari pembacaan genom, data sekuen dan struktur protein sampai kepada
data transkripsi RNA berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya
bioinformatika yang digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisis data-data
tersebut menjadi sebuah informasi biologis yang bermakna. Di Indonesia
bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Di kalangan peneliti
sendiri, mungkin hanya para peneliti biologi molekuler yang sedikit banyak
mengikuti perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-
perangkat bioinformatika untuk analisa data. Bioinformatika ini penting untuk
manajemen data-data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Tidaklah dapat
dimungkiri kalau bioinformatika telah mempercepat kemajuan ilmu biologi. Lebih
jauh lagi, kalau dilihat dari bidang yang lebih spesifik, kemajuan suatu bidang
sangat dipengaruhi oleh kemajuan bioinformatika. Bermacam database telah
dibuat dan banyak perangkat lunak telah diciptakan yang menunjukkan trend
kepada spesialisasi tujuan. Walaupun negara berkembang seperti Indonesia
kurang dapat berpartisipasi dalam eksperimen bioteknologi yang padat informasi
untuk pengumpulan informasi dalam database-database itu, peluang untuk
memanfaatkannya melalui bioinformatika terbuka lebar karena sifatnya yang
terbuka. Aplikasi TI dalam bidang biologi atau life sciences yang melahirkan
bidang bioinformatika akan menjadi semakin penting di masa depan, tidak hanya
mempercepat kemajuan bioteknologi namun juga menjembatani dua bidang baru
tersebut yaitu TI dan bioteknologi. Sebagaimana TI, saat ini produk bioteknologi
telah mengimbas bahkan kepada kebutuhan hidup sehari-hari masyarakat seperti
pangan dan kesehatan. Ciri dari bioteknologi modern adalah kemampuan pada
manipulasi DNA. Rantai atau sekuen DNA yang mengkode protein disebut gen.
Gen itu ditranskripsikan menjadi mRNA yang selanjutnya mRNA ditranslasikan
menjadi protein. Protein sebagai produk akhir bertugas menunjang seluruh proses
kehidupan antara lain sebagai katalis reaksi biokimia dalam tubuh, sering disebut
dengan enzim, ikut serta dalam sistem pertahanan tubuh melawan virus atau
parasit yang disebut antibodi, Arus informasi, dari DNA ke RNA, lalu ke Protein,
inilah yang disebut pemikiran utama dalam biologi. Hanya 20-an tahun sejak
bioteknologi modern lahir, terjadilah ledakan data biologis yang mencengangkan.
Hal ini disebabkan oleh kemajuan teknologi biologi molekuler itu sendiri
(misalnya DNA rekombinan dan PCR) dan ditunjang dengan peralatan yang
memadai membuat waktu dan biaya lebih pendek/murah. Ledakan awal dimulai
dari data DNA. Tahun 1977 untuk pertamakalinya sekuen DNA satu organisme
dibaca secara menyeluruh yaitu pada sejenis virus yang memiliki kurang lebih
5.000 nukleotida/molekul DNA atau sekitar 11 gen. Sekarang sudah ada milyaran
data nukleotida tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan
tahun 1982. Sekuen seluruh DNA manusia yang terdiri dari 3 milyar nukleotida
dirampungkan dalam waktu 3 tahun. Di Indonesia, dengan membayar $15, kita
bisa membaca sekuen 500-an nukleotida di Lembaga Biologi Molekuler Eijkman,
Jakarta. Trend yang sama juga nampak pada database lain seperti database sekuen
asam amino penyusun protein dan database struktur 3D protein. Inovasi teknologi
DNA chip yang dipelopori oleh perusahaan bioteknologi AS, Affymetrix di
Silicon Valley telah mendorong munculnya database baru mengenai RNA.
Dengan ini, riset tidak dilakukan lagi satu persatu terhadap molekul
(DNA/RNA/protein) yang diminati, namun pada keseluruhan atau satu set
masing-masing molekul (untuk DNA dari gen ke genom, untuk RNA disebut
transkriptom dan proteom untuk protein). Ledakan data atau informasi biologi itu
yang mendorong lahirnya Bioinformatika. Bioinformatika didefenisikan sebagai
aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan
menginterpretasikan data-data biologi. Karena Bioinformatika adalah bidang yang
relatif baru, masih banyak kesalahpahaman mengenai definisinya. Bioinformatika
muncul atas desakan kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpan dan
menganalisis data-data biologis dari database DNA, RNA maupun protein tadi.
Untuk mewadahinya beberapa jurnal baru bermunculan (misalnya Applied
Bioinformatics), atau berubah nama seperti Computer Applications in the
Biosciences (CABIOS) menjadi BIOInformatic yang menjadi official journal dari
International Society for Computational Biology (ICSB). Beberapa topik utama
dalam Bioinformatika dijelaskan di bawah ini. Keberadaan database adalah syarat
utama dalam analisa Bioinformatika. Database informasi dasar telah tersedia saat
ini. Untuk database DNA yang utama adalah GenBank di AS. Sementara itu bagi
protein, databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) untuk sekuen asam
aminonya dan di Protein Data Bank (PDB) (AS) untuk Pertumbuhan data
nukleotida atau basa DNA dalam GenBank. Data yang berada dalam database itu
hanya kumpulan/arsip data yang biasanya dikoleksi secara sukarela oleh para
peneliti, namun saat ini banyak jurnal atau lembaga pemberi dana penelitian
mewajibkan penyimpanan dalam database. Trend yang ada dalam pembuatan
database saat ini adalah isinya yang makin spesialis. Setelah informasi terkumpul
dalam database, langkah berikutnya adalah menganalisis data. Pencarian database
umumnya berdasar hasil alignment atau pensejajaran sekuen, baik sekuen DNA
maupun protein. Metode ini digunakan berdasar kenyataan bahwa sekuen DNA
atau protein bisa berbeda sedikit tetapi memiliki fungsi yang sama. Kegunaan dari
pencarian ini adalah ketika mendapatkan suatu sekuen DNA atau protein yang
belum diketahui fungsinya maka dengan membandingkannya dengan yang ada
dalam database bisa diperkirakan fungsinya. Algoritma untuk pattern recognition
seperti Neural Network, Genetic Algorithm dll telah dipakai dengan sukses untuk
pencarian database ini. Salah satu perangkat lunak pencari database yang paling
berhasil dan bisa dikatakan menjadi standar sekarang adalah BLAST (Basic Local
Alignment Search Tool). Perangkat lunak ini telah diadaptasi untuk melakukan
alignment terhadap berbagai sekuen seperti DNA (blastn), protein (blastp). Baru-
baru versi yang fleksibel untuk dapat beradaptasi dengan database yang lebih
variatif telah dikembangkan dan disebut Gapped BLAST serta PSI (Position
Specific Iterated)-BLAST. Sementara itu perangkat lunak yang digunakan untuk
melakukan alignment terhadap sekuen terbatas di antaranya yang lazim digunakan
adalah CLUSTAL dan CLUSTAL W. Data yang memerlukan analisis
bioinformatika dan cukup mendapat banyak perhatian saat ini adalah data hasil
DNA chip. Menggunakan perangkat ini dapat diketahui kuantitas maupun kualitas
transkripsi satu gen sehingga bisa menunjukkan gen-gen apa saja yang aktif
terhadap perlakuan tertentu, misalnya timbulnya kanker. mRNA yang diisolasi
dari sampel dikembalikan dulu dalam bentuk DNA menggunakan reaksi reverse
transcription. Selanjutnya melalui proses hibridisasi, hanya DNA yang
komplementer saja yang akan berikatan dengan DNA di atas chip. DNA yang
telah diberi label warna berbeda ini akan menunjukkan pattern yang unik.
Berbagai algoritma pattern recognition telah digunakan untuk mengenali gen-gen
yang aktif dari eksperimen DNA chip ini, salah satunya yang paling ampuh adalah
Support Vector Machine (SVM). Sementara itu di kalangan TI masih kurang
mendapat perhatian. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat
terbuka dan gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga.
Sudah disepakati, database genom manusia misalnya akan bersifat terbuka untuk
seluruh kalangan. Dari database tersebut bisa digali gen-gen yang memiliki
potensi kedokteran/farmasi. Dari sinilah Indonesia dapat ikut berperan
mengembangkan bioinformatika. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang
memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi IT seperti programmer
akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.
Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan
kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah program software
dan didukung oleh kesediaan internet. Saat ini, perkembangan ilmu biologi sangat
dipengaruhi oleh perkembangan ilmu bioinformatika. Tidaklah dapat dimungkiri
kalau bioinformatika telah mempercepat kemajuan ilmu biologi. Lebih jauh lagi,
kalau dilihat dari bidang yang lebih spesifik, kemajuan suatu bidang sangat
dipengaruhi oleh kemajuan bioinformatika. Semakin maju bioinformatika di suatu
bidang (ditandai dengan banyaknya software yang tersedia), semakin maju
pulalah bidang tersebut.
Ada banyak sekali penerapan bioinformatika, mulai dari manajemen data
hingga penggunaannya pada dunia kebiologian dan turunannya untuk kepentingan
dalam dunia pendidikan. misalnya 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. 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. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat
terbuka/gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga
daripadanya. Sudah disepakati, database genom manusia misalnya akan bersifat
terbuka untuk seluruh kalangan. Dari padanya bisa digali kandidat-kandidat gen
yang memiliki potensi kedokteran/farmasi (Anonim, 2011).
Pemanfaatan bioteknologi, juga telah diterapkan dalam
mengklasifikasikan virus. Untuk klasifikasi virus, ada beberapa hal yang menjadi
dasar pertimbangan. Diantaranya adalah asam nukleat pembentuk genom-nya
(DNA atau RNA), bentuk simetri-nya, eksistensi selaput-nya (envelope), dll [1].
Jauh sebelum perkembangan biologi molekuler, yang menjadi patokan utama
adalah bentuk simetri atau morfologi ini. Salah satu contoh adalah coronavirus
(virus penyebab radang paru-paru (pneumonia) termasuk SARS), yaitu virus yang
mempunyai bentuk seperti mahkota atau “crown” (corona = crown)
Gambar 2. Hasil analisa coronavirus dengan mikroskop elektron
Dalam perjalanan sejarah virologi, hal yang dijadikan pertimbangan untuk
klasifikasi virus mengalami perubahan. Kalau dulunya klasifikasi berdasarkan
morfologi, tempat berkembangbiak, bentuk penyakit merupakan klasifikasi yang
banyak digunakan, saat ini ditambahkan lagi klasifikasi berdasarkan genom virus
tersebut. Klasifikasi ini dinamakan klasifikasi berdasarkan tipe genom atau
disebut juga “genotype”.Bahkan klasifikasi berdasarkan genom inilah yang
banyak digunakan. Hal ini sangat dipengaruhi oleh kemajuan teknologi biologi
molekuler dan perkembangan bioinformatika, sehingga genom virus dapat
diidentifikasi dengan mudah. Saat ini, morfologi bukan lagi menjadi hal yang
mutlak untuk identifikasi dan klasifikasi virus, tapi hanya menjadi salah satu dasar
pertimbangan. Dengan demikian, setiap virus yang bisa diisolasi genomnya, akan
bisa diidentifikasi dan diklasifikasi, walaupun virus tersebut tidak bisa diisolasi.
Hal ini sangat membantu karena isolasi virus bukanlah pekerjaan yang mudah.
Apalagi analisa morfologi memerlukan mikroskop elektron yang harganya sangat
mahal sehingga tidak bisa dimiliki oleh setiap institusi penelitian (Utama, 2003).
BAB III
PENUTUP
Pengembangan bioteknologi molekuler khususnya dalam bioinformatika
telah mendorong kemajuan ilmu-ilmu yang memanfaatkannya. Dan tidak
berkelebihan kalau perkembangan ilmu biologi umumnya dan ilmu-ilmu
turunannya, sangat tergantung kepada perkembangan bioinformatika. Berbagai
tool atau software telah dikembangkan untuk analisa gen virus. Berdasarkan
analisa gen tersebut kita bisa mengklasifikasikan, menganalisa tingkat mutasi,
memprediksi rekombinasi, dan memprediksi bagian antigenik suatu virus.
Walaupun hasil yang didapatkan dengan menggunakan tool bioinformatika ini
hanya memberikan data-data sebagai bahan pertimbangan, bukan hasil akhir,
dengan bioinformatika pekerjaan menjadi cepat karena kita tidak harus melakukan
eksperimen secara try and error. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang
memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi IT seperti programmer,
akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.
DAFTAR PUSTAKA
Utama, A., 2003, Aplikasi Bioinformatika dalam Virologi, Ilmu Komputer, 1-10.
Witarto, A., B., 2003, Bioinformatika: Mengawinkan Teknologi Informasi dan Bioteknologi, Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI, Bogor.
Anonim, 2012 (online), http://jokojowo.blogspot.com/2012/10/bioinformatika.html diakses pada tanggal 17 oktober 2012 pukul 13:08 WITA.
Santoso, 2001, Pengembangan pelacak DNA spesifik gen melalui bioinformatika: Indentifikasi gen penyandi protein biji 21 kDa pada kakao UAH Indonesia, Menara Perkebunan 69 (1): 10-17.
Top Related