·
Pengertian
Bioinformatika
Bioinformatika,
sesuai dengan asal katanya yaitu “bio” dan “informatika”, adalah gabungan
antara ilmu biologi dan ilmu teknik informasi (TI). Pada umumnya,
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, fisika, biologi, dan ilmu kedokteran. Dimana kesemuanya saling menunjang dan saling
bermanfaat satu sama lainnya. Interaksi disiplin ilmu yang berhubungan dengan
Bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer yang berdasarkan
artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam
ini bisa dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut.
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.
Mengapa Bioinformatika menjadi trend ?
Bioteknologi
modern ditandai dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode genetik DNA,
“cetak biru kehidupan”. Berbagai aplikasinya telah merambah sektor kedokteran,
pangan, lingkungan, dsb. Kemajuan ilmu Bioinformatika ini dimulai dari genome
project yang dilaksanakan di seluruh dunia dan menghasilkan tumpukan informasi
gen dari berbagai makhluk hidup, mulai dari makhluk hidup tingkat rendah sampai
makhluk hidup tingkat tinggi. Pada tahun 2001 pembacaan sekuen genom manusia
yang dilakukan oleh perusahaan bioteknologi Amerika Serikat (AS) Celera
Genomics menjadi lebih cepat dan lebih akurat dibanding usaha konsorsium
lembaga riset publik AS, Eropa, dll berkat kontribusi TI melalui perangkat
komputasinya (perangkat keras maupun lunak). Aplikasi TI life sciences yang
melahirkan bidang Bioinformatika dalam bidang biologi akan menjadi semakin
penting di masa depan, tidak hanya mengakselerasi kemajuan bioteknologi namun
juga menjembatani dua gelombang ekonomi baru tersebut (TI & bioteknologi). Nah,
hasil pembacaan dari genome project ini adalah database genom-genom. Semua
data-data yang dihasilkan dari genome project ini perlu di susun dan disimpan
rapi sehingga bisa digunakan untuk berbagai keperluan, baik keperluan
penelitian maupun keperluan di bidang medis. Dalam hal ini peranan
Bioinformatika merupakan hal yang esensial. 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 dan sekuen asam aminonya, databasenya dapat ditemukan di
Swiss-Prot (Swiss) dan untuk struktur 3D-nya di Protein Data Bank (PDB; AS). Dengan
Bioinformatika, data-data ini bisa disimpan dengan teratur dalam waktu yang
singkat dan tingkat akurasi yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan
program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu. Sebaliknya Bioinformatika
juga mempercepat penyelesaian genome project ini karena Bioinformatika mensuplai
program-program yang diperlukan untuk proses pembacaan genom ini. Untuk
mewadahinya beberapa jurnal baru bermunculan (misalnya Applied Bioinformatics),
atau berubah nama seperti Computer Applications in the official journal
Biosciences (CABIOS) menjadi BIOInformatic yang menjadi dari International
Society for Computational Biology (ICSB).
·
Bidang-Bidang dalam Bioinformatika dan Penerapan nya
Ada banyak sekali penerapan bioinformatika, mulai dari manajemen
data hingga penggunaannya pada dunia ke-biologi-an dan turunannya. Namun
sebagai contoh, akan dibahas akan peranan bioinformatika pada dunia kedokteran
dan virologi.
Bioinformatika dalam Dunia Kedokteran
- Bioinformatika dalam bidang klinis
Perananan Bioinformatika dalam bidang klinis ini
sering juga disebut sebagai informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi
dari clinical informatics ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari
pasien melalui Electrical Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement
J. McDonald dari Indiana University School of Medicine pada tahun 1972. McDonald
pertama kali mengaplikasikan EMR pada 33 orang pasien penyakit gula (diabetes).
Sekarang EMR ini telah diaplikasikan pada berbagai penyakit. Data yang disimpan
meliputi data analisa diagnosa laboratorium, hasil konsultasi dan saran, foto
ronsen, ukuran detak jantung, dll. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan
obat yang sesuai dengan kondisi pasien tertentu. Lebih jauh lagi, dengan
dibacanya genom manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik
seseorang, sehingga personal care terhadap pasien menjadi lebih akurat. Sampai
saat ini telah diketahui beberapa gen yang berperan dalam penyakit tertentu
beserta posisinya pada kromosom. Informasi ini tersedia dan bisa dilihat di
home page National Center for Biotechnology Information (NCBI) pada seksi
Online Mendelian in Man (OMIM)
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM). OMIM adalah search
tool untuk gen manusia dan penyakit genetika. Selain berisikan informasi
tentang lokasi gen suatu penyakit, OMIM ini juga menyediakan informasi tentang
gejala dan penanganan penyakit tersebut beserta sifat genetikanya. Dengan
demikian, dokter yang menemukan pasien yang membawa penyakit genetika tertentu
bisa mempelajarinya secara detil dengan mengakses home page OMIM ini. Sebagai
salah satu contoh, jika kita ingin melihat tentang kanker payudara, kita
tinggal masukan kata-kata “breast cancer” dan setelah searching akan keluar
berbagai jenis kanker payudara. Kalau kita ingin mengetahui lebih detil tetang
salah satu diantaranya, kita tinggal klik dan akan mendapatkan informasi detil
mengenai hal tersebut beserta posisi gen penyebabnya di dalam koromosom.
Bioinformatika untuk
penemuan obat
Usaha penemuan obat biasanya dilakukan dengan
penemuan zat/senyawa yang bisa menekan perkembangbiakan suatu agent penyebab
penyakit. Karena banyak faktor yang bisa mempengaruhi perkembangbiakan agent
tersebut, faktor-faktor itulah yang dijadikan target. Diantara faktor tersebut
adalah enzim-enzim yang diperlukan untuk perkembangbiakan suatu agent. Langkah
pertama yang dilakukan adalah analisa struktur dan fungsi enzim-enzim tersebut.
Kemudian mencari atau mensintesa zat/senyawa yang bisa menekan fungsi dari
enzim-enzim tersebut. Penemuan obat yang efektif adalah penemuan senyawa yang
berinteraksi dengan asam amino yang berperan untuk aktivitas (active site) dan
untuk kestabilan enzim tersebut. Karena itu analisa struktur dan fungsi enzim
ini biasanya difokuskan pada analisa asam amino yang berperan untuk aktivitas
(active site) dan untuk kestabilan enzim tersebut. Analisa ini dilakukan dengan
cara mengganti asam amino tertentu dan menguji efeknya. Sebelum perkembangan
bioinformatika, analisa penggantian asam amino ini dilakukan secara random sehingga
memakan waktu yang lama. Dengan adanya Bioinformatika, data-data protein yang
sudah dianalisa bebas diakses oleh siapapun, baik data sekuen asam amino-nya
seperti yang ada di SWISS-PROT (http://www.ebi.ac.uk/swissprot/) maupun
struktur 3D-nya yang tersedia di Protein Data Bank (PDB)
(http://www.rcsb.org/pdb/). Dengan database yang tersedia ini, enzim yang baru
ditemukan bisa dibandingkan sekuen asam amino-nya, sehingga bisa diperkirakan
asam amino yang berperan untuk active site dan kestabilan enzim tersebut. Hasil
perkiraan kemudian diuji di laboratorium. Dengan demikian, akan lebih menghemat
waktu dari pada analisa secara random. Walaupun dengan sarana Bioinformatika
bisa diperkirakan senyawa yang berinteraksi dan menekan fungsi suatu enzim,
hasilnya harus dikonfirmasi melalui eksperiment di laboratorium. Namun dengan
Bioinformatika, semua proses ini bisa dilakukan lebih cepat sehingga lebih
efesien baik dari segi waktu maupun finansial.
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. Virus hepatitis C (HCV), misalnya, sampai saat ini belum ada yang
bisa mengkulturkannya, sehingga belum ada yang tahu bentuk morfologi virus ini.
Begitu juga virus hepatitis E (HEV) dan kelompok virus yang termasuk ke dalam
family Calliciviridae, dimana sampai saat ini belum ditemukan sistem
pengkulturannya. 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.
·
Penerapan Bioinformatika dan Inovasi
Bioinformatika Pada Microsoft
NET BIO
NET Bio merupakan suatu tool yang
bisa ditambahkan ke framework pemrograman netral bahasa .NET yang awalnya
ditujukan untuk mendukung penelitian di bidang genomik. Sekarang ini .NET
Bio mendukung berbagai formal file
bioinformatika; berbagai algoritma untuk manipulasi sekuens protein, RNA, dan
DNA; dan pasangan konektor untuk terhubung ke layanan web biologi seperti
NCBI BLAST. .NET Bio menggunakan lisensi sumber terbuka, dan semua dokumentasi,
aplikasi demo, kode sumber, dan executable file bisa didownload dari situs Codeplex.
BIO HPC
BioHPC merupakan implementasi HPC
untuk para peneliti biologi. HPC adalah
High Performance Computing, yang memanfaatkan sebanyak mungkin sumber daya komputer yang ada untuk menyelesaikan
satu tugas berat dengan lebih singkat. HPC merevolusi ilmu biologi dengan cara memberi para
ahli biologi kemampuan proses dan
analisa data yang sangat besar yang tidak terbayangkan beberapa
dekade lalu. Namun sayangnya kebanyakan ahli biologi tidak memiliki keahlian komputer ataupun sarana komputer yang
memadai. Microsoft bekerjasama dengan
Unit Layanan Biologi Komputasi Universitas
Cornell untuk menyediakan kekuatan HPC bagi ribuan peneliti di seluruh dunia. BioHPC khusus ditujukan pada peneliti
bioinformatika, sehingga bersifat sangat powerful tetapi mudah
sekali digunakan dan tidak perlu ahli komputer
dengan keahlian khusus untuk mengoperasikannya.
Windows
Azure BioInformatics
Windows Azure merupakan satu layanan
komputasi awan Microsoft yang bisa digunakan untuk menyelesaikan
berbagai tugas bioinformatika dengan cepat. Dengan adanya ledakan data genom
beberapa tahun terakhir, maka kita memerlukan kekuatan komputasi yang luar
biasa untuk memproses semua data yang ada. Windows Azure dikombinasikan dengan
Microsoft Excel untuk analisa, memberikan para peneliti kemampuan yang luar
biasa untuk mendapatkan berbagai wawasan baru dan kemampuan eksplorasi di
area-area yang sebelumnya tidak terjamah. Salah satu aplikasi killer untuk
Windows Azure di bidang bioinformatika ini adalah NCBI BLAST untuk
Windows Azure. NCBI Blast merupakan implementasi Basic Local
Alignment Search Tool (BLAST) dari National
Center for Biotechnology Information (NCBI). BLAST merupakan sekumpulan program yang dirancang untuk
mencari semua kemiripan antara sebuah
protein atau DNA dan sekuensnya yang sudah diketahui dari seluruh database kemungkinan yang ada. Peneliti
memerlukan kemampuan ini untuk
mengetahui fungsi dan manfaat dari sebuah produk genetik. Windows Azure memungkinkan komputasi yang sangat
rumit dilakukan dengan sangat cepat dan
dengan biaya yang murah. Misalnya dengan Windows Azure mampu menyingkat pengoperasian BLAST dari enam tahun menjadi satu minggu saja. Microsoft XCG (Extreme Computing Group)
merupakan satu tim di Microsoft yang
berhasil melakukan hal ini dengan cara membagi beban BLAST ke beberapa data center Microsoft yang tersebar di
Amerika dan Eropa.
Sumber
Sohih, A . 2013. Pengenalan
Bioinformatika. https://www.academia.edu/8108453/Pengenalan_Bioinformatika.
(4 Juli 2020).
Wahyudi, Adhie T. 2009. Bioinformatika: Perpaduan Dunia Biologi dengan Teknologi Informasi.
http://www.komputasi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1247362701
. (4 Juli 2020).
Fatchiyah. 2016. What’s
Bioinformatics. http://fatchiyah.lecture.ub.ac.id/teaching-responsibility/bioinformatics/whats-bioinformatics/
. (4 Juli 2020).
Widianto, Mochammad Haldi. Bioinformatika Untuk Medis. https://binus.ac.id/bandung/2019/11/bioinformatika-untuk-medis/
. (4 Juli 2020).
