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. Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics)
adalah (ilmu yang mempelajari)
penerapan teknikkomputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis.
Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika,
dan informatika 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. 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
datauntuk mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun struktur sekunder RNA,
analisis filogenetik, dan analisis ekspresigen.
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 awal1950an)
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),
namaorganisme 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), danTrEMBL (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 sekuensingatau
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 (dengankristalografi 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.
Sejarah
Istilah bioinformatics mulai
dikemukakan pada pertengahan era 1980-an untuk mengacu
pada penerapan komputer dalam biologi.
Namun demikian, penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika (seperti pembuatan
basis data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens
biologis) sudah dilakukan sejak tahun 1960-an.
Kemajuan
teknik biologi molekular dalam mengungkap sekuens biologis dari protein (sejak awal 1950-an) dan asam nukleat (sejak
1960-an) mengawali perkembangan basis data dan teknik analisis sekuens
biologis. Basis data sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960-an di Amerika Serikat, sementara
basis data sekuens DNA dikembangkan pada akhir 1970-an di Amerika Serikat dan Jerman (pada European Molecular Biology Laboratory, Laboratorium Biologi
Molekular Eropa).
Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih
cepat pada pertengahan 1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah
sekuens DNA yang berhasil diungkapkan pada 1980-an dan 1990-an, menjadi salah satu pembuka jalan bagi
proyek-proyek pengungkapan genom,
meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya
menyebabkan lahirnya bioinformatika.
Perkembangan Internet juga mendukung
berkembangnya bioinformatika. Basis data bioinformatika yang terhubung melalui
Internet memudahkan ilmuwan mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam basis data
tersebut maupun memperoleh sekuens biologis sebagai bahan analisis. Selain itu,
penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui
Internet memudahkan ilmuwan mengakses program-program tersebut dan kemudian
memudahkan pengembangannya.
Penerapan utama bioinformatika
Basis data
sekuens biologis
Sesuai dengan
jenis informasi biologis yang disimpannya, basis data sekuens biologis
dapat berupa basis data primer untuk menyimpan sekuens primer asam nukleat maupunprotein, basis data sekunder untuk menyimpan
motif sekuens protein, dan basis data struktur untuk menyimpan data struktur
protein maupun asam nukleat.
Basis data
utama untuk sekuens asam nukleat saat ini adalah GenBank (Amerika
Serikat), EMBL (Eropa), dan DDBJ(Inggris) (DNA Data Bank of Japan, Jepang).
Ketiga basis data tersebut bekerja sama dan bertukar data secara harian untuk
menjaga keluasan cakupan masing-masing basis data. Sumber utama data sekuens
asam nukleat adalah submisi langsung dari periset individual, proyek sekuensing genom, dan pendaftaran paten. Selain berisi sekuens asam nukleat,
entri dalam basis data sekuens asam nukleat umumnya mengandung informasi
tentang jenis asam nukleat (DNA atau RNA), nama organisme sumber asam
nukleat tersebut, dan pustaka yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat
tersebut.
Sementara itu,
contoh beberapa basis data penting yang menyimpan sekuens primer protein adalah PIR (Protein Information Resource, Amerika Serikat), Swiss-Prot (Eropa), dan TrEMBL (Eropa). Ketiga basis 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 umumnya berisi penjelasan mengenai
fungsi protein tersebut.
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) merupakan perkakas
bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan basis data sekuens
biologis. Penelusuran BLAST (BLAST search) pada basis data sekuens
memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens 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 maupun untuk
memeriksa fungsi gen hasil sekuensing. Algoritma yang mendasari
kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.
PDB (Protein Data Bank, Bank Data Protein) adalah basis data tunggal
yang menyimpan model struktural 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 ataupun asam nukleat.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar