Thursday, July 9, 2020

Bioinformatika dan Penerapannya

Assalamualaikum warahmatullahi wabarakaatuh 
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