ABSTRAK
Kekuatan inovasi teknologi yang disepadankan dengan teknologi informasi saat ini adalah bioteknologi yang merupakan salah satu cabang ilmu biologi. 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. Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi yang bertujuan untuk memperkenalkan dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi. Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi. 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. 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.
Kata kunci : Bioinformatika, Teknologi Informasi, Bioteknologi, Biologi
PENDAHULUAN
Latar Belakang
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.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, dapat dirumuskan masalah sebagai berikut : Apakah pengenalan dan pemanfaatan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi dapat digunakan sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi?
Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan ini sesuai dengan rumusan permasalahan di atas adalah untuk memperkenalkan dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi.
Manfaat Penulisan
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat umum dan masyarakat yang berada dalam lingkungan pendidikan sehingga dapat mengenal dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi, serta dapat menambah dan mengembangkan pengetahuan dengan penulisan artikel ini.
PEMBAHASAN
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.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari tulisan ini adalah bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi dapat digunakan sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi. 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
Anonim. 2010. Menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi. http://topx666.kandangbuaya.com
Diupdate pada 19.55, 21 April 2011.
Wahyudi, A. 2009. Bioinformatika : Perpaduan dunia Biologi dengan Teknologi Informasi. www.komputasi.lipi.go.id
Diupdate pada 18.35, 21 April 2011.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar