Salam sejahtera bagi kita semua
Kali ini ibnu akan memberikan sebuah pemahaman mengenai apa itu bioinformatic? dan bidang apa saja yang terkait dan penerapannya? Mari kita simak bahasan berikut ini.
Membicarakan
bioinformatika, tak dapat lepas dari proses lahirnya bidang tersebut.
Sebagaimana diketahui, bioteknologi dan teknologi informasi merupakan dua di
antara berbagai teknologi penting yang mengalami perkembangan signifikan dalam
beberapa tahun terakhir ini. Bioteknologi berakar dari bidang biologi,
sedangkan perkembangan teknologi informasi tak dapat dilepaskan dari
matematika. Umumnya biologi dan matematika dianggap sebagai dua bidang yang
sangat berbeda, dan sulit untuk dipadukan. Tetapi perkembangan ilmu pengetahuan
terkini justru menunjukkan sebaliknya. Perpaduan antara biologi dan matematika,
menghasilkan embrio suatu cabang pengetahuan baru yang memiliki masa depan yang
menjanjikan di abad 21 ini. Embrio itulah yang bernama bioinformatika.
Apa
itu Bioinformatika?
· Bioinformaika terdiri dari kata “bio” dan
“informatika” yang merupakan gabungan antara ilmu biologi dan ilmu teknik
Informatika adalah suatu ilmu atau metode mengumpulkan, dan menganalisa data
biologi yang bersifat kompleks seperti data DNA, RNA, dan protein, menggunakan
pendekatan komputasi.
· Pengertian lain bioinformatika yaitu 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 melibatkan bidang ilmu komputer,
matematika, dan statistik dalam memproses informasi yang masif dan sulit untuk
dianalisa secara manual. Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari
alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data
biologi. Ilmu ini merupakan ilmu baru yang yang merangkup berbagai disiplin
ilmu termasuk ilmu komputer, matematika dan fisika, biologi, dan ilmu
kedokteran, dimana kesemuanya saling menunjang dan saling bermanfaat satu sama
lainnya.
· Bioinformatika lebih menerangkan metode, teknik, dan
analisa data biologi seperti bagaimana cara melakukan prediksi struktur protein
yang efektif dan efesien, bagaimana cara melakukan simulasi lipatan protein di
GPU, dan mencari algoritma DNA sequence yang canggih. Jadi, jika risetnya berfokus pada metode dan teknik
pengolahan data biologi, maka itu termasuk bioinformatika.
· Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu
komputer berdasarkan artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua
gejala yang ada di alam ini bisa diuat 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 memiliki pasar yang sangat bagus untuk
dikembangkan. Di pasar global nilainya USD 2,9 miliar pada 2012, dan akan
segera mencapai USD 7,5 miliar pada 2017 lalu.
Bidang
Penerapannya?
· Pasar bioinformatika begitu besar karena penggunaan
teknologi bioinformatika yang sangat ekstensif, seperti pada bidang kesehatan,
farmasi, pertanian, lingungan, dan forensik. Walaupun demikian, Wall Street
Journal melaporkan, bahwa sektor kesehatan atau medis adalah pasar terbesar untuk
bisnis bioinformatika.
· Sudah ada beberapa bio-industri yang menggunakan
bioinformatika sebagai instrumen proses produksi mereka, seperti Nutrifood,
Kalbe Farma, Charoen Pokphand, dan Biofarma. Namun mereka tidak secara khusus
mengerjakan bioinformatika, dan mereka bukanlah korporasi yang bergerak pada
bidang komputasi data.
· Berdasarkan analisis segmentasi, maka pasar
bioinformatika dibagi menjadi analisis software dan jasa, konten database, dan
infrastruktur IT. Targeting market tidak terbatas hanya pada industri IT saja,
namun juga kepada institusi medis (rumah sakit dan pelayanan kesehatan) dan
perusahaan farmasi.
· Bioinformatika pertama kali 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.
· 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.
· 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.
· 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).
· Saat ini terdapat milyaran data nukleotida yang
tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan tahun 1982.
· 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).
· 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.
· 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.
· Industri bioinformatika sangat dibutuhkan untuk
menyelesaikan masalah kesehatan, seperti pengembangan vaksin berbasis
molekular.
Lain-lain
· 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.
· 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.
· Walaupun bioinformatika sudah menjadi bagian dari
Agenda Riset Nasional (ARN) Kemenristek dan sudah banyak dijadikan riset
unggulan di perguruan tinggi nasional, namun industri yang bergerak secara
khusus di bidang ini masih sangatlah langka.
· Secara hukum, industri bioteknologi telah lama
mendapat dukungan legalitas dari negara. Keanekaragaman hayati, termasuk gen
dan protein, telah mendapatkan perlindungan hukum dari negara.
· Secara ekonomis, sistim cloud dapat membantu mencapai
skala efisiensi yang kita inginkan. Berdasarkan contoh, maka komputasi skala
besar sudah dapat dilakukan pada sistim cloud, dengan biaya yang murah. Dalam
perspektif cost effective analysis, maka turunnya biaya untuk sekuensing genome
manusia adalah salah satu faktor yang membantu membuka pasar bioinformatika.
· Awalnya, biaya sekuensing genome manusia mencapai
sekitar USD 300 juta, sekarang hanya sekitar USD 1.000. Diprediksikan, bahwa
segmen yang dipengaruhi oleh pasar bioinformatika akan bertumbuh sebesar 30%.
· Indonesia memerlukan sebuah industri bioinformatika
mandiri, yang mendukung industri farmasi, kedokteran, dan bidang-bidang lain
yang membutuhkan dukungan ilmu hayati. Sementara itu, penanaman modal untuk
industri bioinformatika masih sangatlah langka di tanah air.
· 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. Sementara itu di kalangan TI masih kurang mendapat perhatian.
· 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 situ bisa digali
kandidat-kandidat 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.
Beberapa
aplikasi bioinformatika
· Transformasi sekuen menjadi informasi genetic, dimana
intinya adalah menjual data, dalam bentuk gen komplit, atau fragmen yang dapat
digunakan oleh pihak lain untuk mencari potensi terhadap gen tersebut.
· Pasien sebagai komoditas, dimana pasien dengan
kecenderungan terhadap penyakit tertentu dapat diketahui, sehingga mudah sekali
bagi perusahaan obat untuk menawarkan produknya.
· Mencari potensi gen, dimana potensi dari sebuah gen
sangat beragam, bergantung pada ekspresi gen tersebut.
Aplikasi lebih lanjut dapat berupa transgenic, terapi genetic, atau
berbagai rekayasa dan pemanfaatan genetik lainnya.
Referensi:
No comments:
Post a Comment