Peran Bioinformatika dalam Bidang Peternakan
PERANAN BIOINFORMATIKA DALAM BIDANG
PETERNAKAN
OLEH:
I MADE SUPRAPTA
1307105055
FAKULTAS PETERNAKAN
UNIVERSITAS UDAYANA
2013
KATA PENGANTAR
Om Swastyastu
Puja
dan puji syukur penulis ucapkan kehadirat Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan
Yang Maha Esa atas astung kertha wara nugrahaNya sehingga penulis dapat
menyelesaikan karya tulis ini dengan judul “ Peranan Bioinformatika Dalam
Peternakan ”.
Paper
ini penulis susun dengan maksud untuk mengetahui bagaimana pekembangan bidang
ilmu bioinformatika sebagai ilmu disipliner dan peranan bioinformatika tersebut
dalam bidang peternakan.
Mudah-mudahan
paper ini dapat menjadi sebuah bahan pelajaran kepada para mahasiswa-mahasiswi
di Universitas Udayana dan khusunya di Fakultas Peternakan. Terima kasih penulis
sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan paper
ini.
Penulis
menyadari paper ini mempunyai banyak kekurangan, seperti kata pepatah “ tak ada
gading yang tak retak, tak ada manusia yang sempurna “. Besar harapan penulis
kepada seluruh keluarga besar Fakultas Peternakan sekiranya dapat memberikan
kritikan dan saran yang membangun sehingga dapat menyempurnakan paper ini.
Demikian
paper ini penulis buat, semoga dapat memberikan manfaat bagi para pembaca.
Om Santih, Santih, Santih Om
Penyusun
BAB I
Pendahuluan
1.1.
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
teknologi informasi (TI). Berbagai produk dan jasa dalam bidang teknologi
informasi mulai dari computer 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 trankripsi RNA
berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya bioinformatika yang
digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisis data-data tersebut menjadi
sebuah informasi biologis yang bermakna.
Mungkin
kebanyakan orang bioinformatika ini asing, karena Istilah bioinformatics mulai
dikemukakan pada pertengahan era 1980-an untuk mengacu pada penerapan komputer
dalam biologi. Ilmu bioinformatikan lahir atas inisiatif para ahli
komputer berdasarkan artificial
intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam bisa
dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut. Untuk
mewujudkan hal ini diperlukan data-data yang menjadi kunci penentu gejala alam
tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA.
Kajian
baru bioinformatika ini tak lepas dari perkembangan biologi molekul modern yang
ditandai dengan kemampuan manusia untuk genom, yaitu cetak biru informasi
genetik yang menentukan sifat setiap makhluk hidup yang di sandi dalam bentuk
pita molekul DNA (asam deoksiribonukleat). Kemampuan untuk memahami dan
memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh TI melalui perangkat
keras maupun lunak. Hal ini bisa dilihat dari upaya Celera Genomics, perusahaan
bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia yang
secara maksimal memanfaatkan TI sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam
waktu singkat (hanya beberapa tahun), dibanding usaha Konsorsium lembaga riset
public AS, Eropa, dan lain-lain, yang memakan waktu lebih dari 10 tahun.
Di
Indonesia, bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Hal ini
dapat dimaklumi karena selain sebagai ilmu yang masih baru budaya penggunaan
computer belum diterapkan seperti Negara-negara maju. Sedangkan di kalangan
peneliti sendiri, mungkin hanya para peneliti biologi molekuler yang sedikit
banyak mengikuti perkembangannya karena keharusan menggunakan
perangkat-perangkat bioinformatika untuk analisi data. Sementara di kalangan TI
Indonesia masih kurang mendapat perhatian.
Ketersediaan
database dasar (DNA. Protein) yang bersifat terbuka/gratis merupaka peluang
besar untuk menggali informasi berharga. Database genom manusia sudah
disepakati akan bersifat terbuka untuk seluruh kalangan, sehingga dapat
digali/diketahui 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 TI seperti programmer, dan sebagaiannya akan sangat berperan
dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.
1.2.
Rumusan
masalah
Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan diatas maka
penulis merumusakan masalah seperti berikut ini :
a. Bagaimana
pengertian dari Bioinformatika secara spesifik?
b. Bagaimana
sejarah dan perkembangan bioinformatika sampai sekarang?
c. Bagaimana
penerapan bioinformatika?
d. Bagaimana
peranan bioinformatika dalam bidang peternakan?
e. Bagaimana
kemajuan bioinformatika?
1.3.
Tujuan
Adapun
tujuan dari penulisan ini sesuai dengan rumusan permasalahan diatas adalah
untuk mengetahui perertian bioinformatika secara spesifik, mengetahui secara
terperinci mengenai sejarah dan perkembangan bioinformatika, mengetahui
penerapan ilmu bionformatika, serta untuk mengetahui peranan bioinformatika dan
salah satunya peranan dalam bidang peternakan, dan untuk mengetahui kemajuan
bioinformatika.
1.4.
Manfaat
a. Manfaat
Khusus
Memberikan informasi
lebih mendalam kepada keluarga besar Universitas Udayana khususnya Fakultas
Peternakan mengenai bioinformatika serta bagaimna pemanfaatannya dalam bidang
peternakan.
b. Manfaat
Umum
Adapun manfaatnya adalah
diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat luas sehingga dapat
mengenal dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi
informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan
pembelajaran ilmu biologi. Selain itu pengembangan bioteknologi dalam bidang
peternakan mampu mengarahkan peternak Indonesia yang lebih modern dan pada
akhirnya mampu memenuhi kebutuhan protein diindonesia.
BAB II
Pembahasan
2.1.
Pengertian
Bioinformatika
a.
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 dan fisika, biologi, dan ilmu kedokteran, dimana
kesemuanya saling menunjang dan saling bermanfaat satu sama lainnya.
b.
Bioinformatika adalah (ilmu yang mempelajari) penerapan teknik
komputasional 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.
c.
Bioinformatika merupakan kajian yang memadukan disiplin biologi molekul,
matematika dan teknik informasi (TI). Ilmu ini didefinisikan sebagai aplikasi
dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan
data-data biologi molekul. Biologi molekul sendiri juga merupakan bidang
interdisipliner, mempelajari
kehidupan dalam level molekul.
kehidupan dalam level molekul.
d.
Bioteknologi secara sempit didefinisikan sebagai penerapan
prinsip-prinsip dasar biologi, biokimia, serta rekayasa untuk mengubah dan
mendapatkan nilai tambah dari suatu organisme atau agensia biologis. Sedangkan dalam arti luas bioteknologi dapat
didefinisikan sebagai teknologi untuk mendayagunakan organisme hidup atau
bagian dari organisme untuk menghasilkan atau memodifikasi produk-produk
tertentu, serta untuk perbaikan dan pemuliaan mikroorganisme, tanaman, atau
hewan. bagian dari organisme melalui pemanfaatan.
e.
Bioinformatika adalah bidang yang menggunakan komputer untuk menyimpan dan
menganalisis informasi biologi molekuler. Menggunakan informasi ini dalam
format digital, bioinformatika kemudian dapat memecahkan masalah
molekuler biologi , memprediksi struktur, dan bahkan
simulasi makromolekul.
f.
Secara umum, bioinformatika dapat
digambarkan sebagai segala bentuk penggunaan komputer dalam menangani
masalah-masalah biologi. Tetapi dalam prakteknya, definisi yang digunakan lebih
bersifat terperinci. Bioinformatika itu sendiri mempunyai pengertian suatu
teknologi pengumpulan, penyimpanan, analisis, interprestasi, penyebaran dan
aplikasi dari data-data biologi molekul.
2.2.
Sejarah
Perkembangan Bioinformatika
Istilah bioinformatika 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 molekuler dalam mengungkapkan
sekuens biologis dari protein (sejak awal 1950-an) dan asam nukleat (sejak
1960-an) mengawali perkembangan basis data dan teknik analisis sekuens
biologis. Basis dan sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960-an di
Amerika Serikat dan Jerman (pada European Molekuler Biologi Laboratory).
Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan 1970-an menjadi
landasan terjadinya ledakan sejumlah sekuens DNA yang berhasil diungkapkan pada
tahun 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 lahirlah bioinformatika.
Ilmu bioinformatikan lahir atas inisiatif para ahli
komputer berdasarkan artificial
intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam bisa
dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut. Untuk
mewujudkan hal ini diperlukan data-data yang menjadi kunci penentu gejala alam
tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA.Perangkat utama bioinformatika
adalah software dan didukung oleh kesediaan internet dab server World Wide Web
(WWW). Syarat utama yang harus dimiliki dalam bidang bioinformatika adalah
keberadaan database. Database informasi dasar saat ini telah tersedia. Untuk
database DNA yang utama adalah GenBank (Amerika Serikat). Sementara untuk
protein, databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) untuk sekuen asam
aminonya, dan Protein Data Bank (PDB) utuk struktur tiga dimensi.
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 genomik yang terdapat dalam molekul DNA. Kemampuan untuk
memahami dan memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh teknologi
informasi melalui perkembangan hardware dan soffware. Baik pihak pabrikan
sofware dan hardware maupun pihak ketiga dalam produksi perangkat lunak.
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 internet juga merupakan berkembangnya
bioinformatika,pangkalan data bioinformatika yang terhubung lewat internet
memudahkan ilmuan dalam mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam pangkalan data
tersebut serta memperoleh sekuens biologi sebagai bahan analisis. Penyebaran
program-program aplikasi bioinformatika melalui internet memudahkan ilmuan
dalam mengakses program-program tersebut dan kemudian memudahkan
pengembangannya.
Perkembangan
bioteknologi dari bioteknologi tradisional ke bioteknologi modern 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. Saat ini
terdapat milyaran data nukleotida yang tersimpan dalam database DNA, GenBank di
AS yang didirikan tahun 1982.
Bioinformatika
mengalami kemajuan sangat pesat pada tahun 1990-an sampai tahun 2000. Kemajuan
ini ditandai dengan ditemukannya berbagai teknologi rekayasa genetika, kultur
jaringan, rekombinan DNA, pengembanganbiakan sel induk, cloning, dan lain-lain.
2.3.
Penerapan
Utama Bioinformatika
a.
Basis Data Sekuens Biologis
Basis data
adalah kumpulan informasi yang disimpan di dalam computer secara sistematik
dapat diperiksa menggunakan suatu program komputer untuk memperoleh informasi
dari basis data tersebut. Sesuai dengan jenis informasi biologis yang
disimpannya, basis data sekuens biologis dapat berupa basis
data primer untuk menyimpan sekuens primer asam
nukleat maupun protein, 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).
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.
b.
Penyejajaran Sekuens
Penyejajaran sekuens
(sequence alignment)
adalah proses penyusunan/pengaturan dua atau lebih sekuens sehingga persamaan
sekuens-sekuens tersebut tampak nyata. Hasil dari proses tersebut juga disebut
sebagai sequence alignment atau alignment saja. Baris sekuens
dalam suatu alignment diberi sisipan (umumnya dengan tanda
"–") sedemikian rupa sehingga kolom-kolomnya memuat karakter yang
identik atau sama di antara sekuens-sekuens tersebut. Berikut adalah contoh alignment
DNA dari dua sekuens pendek DNA yang berbeda, "ccatcaac" dan
"caatgggcaac" (tanda "|" menunjukkan kecocokan atau match
di antara kedua sekuens).
ccat---caac
| ||
||||
Caatgggcaac
Sequence
alignment merupakan
metode dasar dalam analisis sekuens. Metode ini digunakan untuk mempelajari evolusi
sekuens-sekuens dari leluhur yang sama (common ancestor). Ketidakcocokan
(mismatch) dalam alignment diasosiasikan dengan proses mutasi,
sedangkan kesenjangan (gap, tanda "–") diasosiasikan dengan
proses insersi atau delesi. Sequence alignment memberikan hipotesis
atas proses evolusi
yang terjadi dalam sekuens-sekuens tersebut. Misalnya, kedua sekuens dalam
contoh alignment di atas bisa jadi berevolusi dari sekuens yang sama
"ccatgggcaac". Dalam kaitannya dengan hal ini, alignment juga
dapat menunjukkan posisi-posisi yang dipertahankan (conserved) selama
evolusi dalam sekuens-sekuens protein, yang menunjukkan bahwa posisi-posisi
tersebut bisa jadi penting bagi struktur atau fungsi protein tersebut.
Selain itu, sequence
alignment juga digunakan untuk mencari sekuens yang mirip atau sama dalam basis
data sekuens. BLAST adalah salah satu metode alignment yang
sering digunakan dalam penelusuran basis data sekuens. BLAST menggunakan
algoritma heuristik
dalam penyusunan alignment.
Beberapa
metode alignment lain yang merupakan pendahulu BLAST adalah metode
"Needleman-Wunsch" dan "Smith-Waterman". Metode
Needleman-Wunsch digunakan untuk menyusun alignment global
di antara dua atau lebih sekuens, yaitu alignment atas keseluruhan
panjang sekuens tersebut. Metode Smith-Waterman menghasilkan alignment lokal, yaitu alignment atas bagian-bagian dalam sekuens. Kedua
metode tersebut menerapkan pemrograman dinamik
(dynamic programming) dan hanya efektif untuk alignment dua
sekuens (pairwise alignment).
Clustal
adalah program bioinformatika untuk alignment multipel (multiple alignment), yaitu alignment
beberapa sekuens sekaligus. Dua varian utama Clustal adalah ClustalW dan ClustalX.Metode
lain yang dapat diterapkan untuk alignment sekuens adalah metode yang
berhubungan dengan Hidden Markov
Model ("Model Markov Tersembunyi", HMM). HMM merupakan model statistika yang mulanya digunakan dalam ilmu
komputer untuk mengenali pembicaraan manusia (speech recognition).
Selain digunakan untuk alignment, HMM juga digunakan dalam metode-metode
analisis sekuens lainnya, seperti prediksi daerah pengkode protein dalam genom dan
prediksi struktur sekunder protein.
Secara
kimia/fisika, bentuk struktur protein diungkap dengan kristalografi sinar-X
ataupun spektroskopi NMR,
namun kedua metode tersebut sangat memakan waktu dan relatif mahal. Sementara
itu, metode sekuensing
protein relatif lebih mudah mengungkapkan sekuens asam
amino protein. Prediksi struktur protein berusaha meramalkan
struktur tiga dimensi protein berdasarkan sekuens asam aminonya (dengan kata
lain, meramalkan struktur tersier dan struktur sekunder berdasarkan struktur
primer protein). Secara umum, metode prediksi struktur protein yang ada saat
ini dapat dikategorikan ke dalam dua kelompok, yaitu metode pemodelan protein
komparatif dan metode pemodelan de novo.
c.
Pemodelan Protein Komparatif
Pemodelan protein komparatif (comparative protein modelling) meramalkan struktur
suatu protein berdasarkan struktur protein lain yang sudah diketahui. Salah
satu penerapan metode ini adalah pemodelan
homologi (homology modelling), yaitu prediksi struktur tersier
protein berdasarkan kesamaan struktur primer protein. Pemodelan homologi
didasarkan pada teori
bahwa dua protein yang homolog memiliki struktur
yang sangat mirip satu sama lain. Pada metode ini, struktur suatu protein
(disebut protein target) ditentukan berdasarkan struktur protein lain (protein
templat) yang sudah diketahui dan memiliki kemiripan sekuens dengan protein target
tersebut. Selain itu, penerapan lain pemodelan komparatif adalah protein threading yang didasarkan
pada kemiripan struktur tanpa kemiripan sekuens primer. Latar belakang protein
threading adalah bahwa struktur protein lebih dikonservasi daripada sekuens
protein selama evolusi, daerah-daerah yang penting bagi fungsi protein
dipertahankan strukturnya. Pada pendekatan ini, struktur yang paling kompatibel
untuk suatu sekuens asam amino dipilih dari semua jenis struktur tiga dimensi
protein yang ada. Metode-metode yang tergolong dalam protein threading
berusaha menentukan tingkat kompatibilitas tersebut.
Dalam
pendekatan de novo atau ab
initio, struktur protein ditentukan dari sekuens primernya tanpa
membandingkan dengan struktur protein lain. Terdapat banyak kemungkinan dalam
pendekatan ini, misalnya dengan menirukan proses pelipatan (folding)
protein dari sekuens primernya menjadi struktur tersiernya (misalnya dengan
simulasi dinamika molekular),
atau dengan optimisasi global fungsi energi protein. Prosedur-prosedur ini
cenderung membutuhkan proses komputasi yang intens, sehingga saat ini hanya
digunakan dalam menentukan struktur protein-protein kecil. Beberapa usaha telah
dilakukan untuk mengatasi kekurangan sumber daya komputasi tersebut, misalnya
dengan superkomputer (misalnya superkomputer Blue
Gene [1]
dari IBM)
atau komputasi terdistribusi (distributed
computing, misalnya proyek Folding@home)
maupun komputasi grid.
d.
Analisis Ekspresi Gen
Ekspresi
gen dapat ditentukan dengan mengukur kadar mRNA dengan
berbagai macam teknik (misalnya dengan microarray
ataupun Serial
Analysis of Gene Expression [Analisis Serial Ekspresi Gen/SAGE]).
Teknik-teknik tersebut umumnya diterapkan pada analisis ekspresi gen skala
besar yang mengukur ekspresi banyak gen (bahkan genom) dan
menghasilkan data skala besar. Metode-metode penggalian data (data mining)
diterapkan pada data tersebut untuk memperoleh pola-pola informatif. Sebagai
contoh, metode-metode komparasi digunakan untuk membandingkan ekspresi di
antara gen-gen, sementara metode-metode klastering (clustering)
digunakan untuk mempartisi data tersebut berdasarkan kesamaan ekspresi gen.
2.4.
Peranan
Bioinformatika dalam Bidang Peternakan
Teknologi
rekayasa genetika merupakan salah satu bidang yang sangat membutuhkan riset
bioinformatika. Sekuens gen unggul pada suatu organisme agar dapat disisipkan
ke organisme lain yang diinginkan dapat ditentukan melalui analisis
genomik dari basis data genomik dari
basis data genom organisme tersebut. Analisis genomik merupakan salah satu
ranah bioinformatika.
Memodifikasi
materi genetik hewan telah banyak dilakukan dengan tujuan memiliki berbagai
macam manfaat yang bisa diambil, seperti
Bidang Sains dan Kedokteran
. Hewan yang secara genetika sudah dimodifikasi atau dikenal dengan istilah
Genetically Modified Animal (GMA) seperti pada hewan uji yakni mencit dapat
digunakan untuk penelitian bagaimana fungsi yang ada pada hewan. Modifikasi Hasil Produksi Hewan.
Beberapa negara melakukan rekayasa genetik pada hewan ternak yang diharapkan
akan menghasilkan hewan ternak yang cepat pertumbuhanya, tahan terhadap
penyakit, bahkan menghasilkan protein atau susu yang sangat bermanfaat bagi
manusia (BSAS, 2011). Berikut ini adalah perkebangan terbaru dari rekayasa
genetika dibidang peternakan :
a.
GlowFish
Ikan
Bercahaya GloFish merupakan salah satu contoh hewan transgenik yang direkayasa
secara genetiknya. Ikan ini dikembagkan dari Amerika Serikat yang merekayasa
DNA dari ikan zebra (Danio rerio) dengan gen pengkode protein flourens
warna hijau dari GFP (green flourescent protein). Namun secara fenotip,
warna yang dihasilkan bukan hanya warna hijau saja melainkan warna kuning
hingga merah (Pray, 2008).
b.
Lembu Transgenik Penghasil Protein Susu
Rekombinan Teknologi transgenik ini telah sukses
dilakukan untuk kepentingan di bidang agrikultur dalam meningkatkan mutu
kualitas pangan. Pada hewan uji yang berupa lembu jarang sekali dilakukan
percobaan transgenik hal ini dikarenakan banyak kendala seperti masa
regenerasinya butuh waktu sekitar 2 tahun. Namun para peneliti akhirnya bisa
menyisipi gen penghasil α-lactalbumin
yang berasal dari manusia. Dari hasil uji produksi susu sebesar 91 ml,
ditemukan sekresi α–lactalbumin dengan konsentrasi 2,4 mg ml-1 (Eyestone,
1999). Metode yang digunakan adalah melakukan fertilisasi secara in vitro yang
selanjutnya akan dihasilkan zigot. Tahap berikutnya zigot akan diinjeksi dengan
DNA yang mengandung gen α–lactalbumin. Proses injeksi dengan menggunkan teknik
microinjection. Selanjutnya zigot dikultur selama 6 atau 7 hari dengan
menggunakan media sintetik yang menyerupai cairan oviduk. Setelah itu akan
tumbuh menjadi embrio dan ditransfer ke rahim lembu untuk proses kehamilan
(Eyestone, 1999).
c.
Kelinci Penghasil Bispesifik T-Cell
Antibody
Salah satu penyakit pada manusia yang mematikan adalah
kanker. Penyakit ini dapat diatasi dengan meningkatkan antibodi sel T. Sekarang
dengan menggunakan rekayasa genetika, kelinci dapat dipakai sebagai hewan uji
untuk menghasilkan dua macam antibodi spesifik, yakni molekul CD28 dan r28M
yang mampu menginduksi TCR/CD3 yang mampu membunuh sel kanker. Dengan
ditemukannya antibodi bispesifik ini dapat diharapkan untuk mendapatkan cukup
banyak pengetahuan tentang antibodi bispesifik bagi aplikasi medis (Hovest et
al.,2004).
d.
Ayam Penghasil Tetrasiklin
Penemuan ini merupakan terobosan baru dalam
mengembangkan bioreaktor yang mampu menghasilkan biofarmasi dalam jumlah
kuantitas yang besar. Tetrasiklin merupakan antibiotik yang diperlukan dalam
dunia medis untuk men-treatment pasien. Selama ini tetrasiklin dihasilkan dari
mikroorganisme. Dengan terobosan baru ini, diharapkan ayam transgenik mampu
menghasilkan tetrasiklin dalam jumlah yang lebih banyak serta lebih hemat dalam
proses pembutannya. Dalam penelitian ini digunakan retrovirus sebagai
vektornya. Dimana retrovirus didesain untuk membawa materi genetik berupa GFP (Green
Flourescent Protein) dan rtTA (reverse tetracycline-controlled
transactivator) dibawah pengontrolan tetracycline-inducible promoter dan
PGK (Phosphoglycerate Kinase) promoter. Setelah itu, ayam transgenik
dihasilkan yang mana pada bagian telur ditemukan doxycycline yang
merupakan derivat dari tetrasiklin serta tidak ditemukan adanya disfungsi
fisiologis secara signifikan dari telur tersebut (Kwon, 2011).
e.
Sapi Penghasil Omega 3
Omega 3 atau n-3 Polyunsaturated fatty acids (n-3
PUFA) merupakan salah satu zat yang sangat penting bagi manusia. Dengan
pendekatan secara ekonomi, maka dapat dihasilkan omega 3 dengan cara merekayasa
sapi menjadi hewan transgenik penghasil omega 3. Sapi yang direkayasa disisipi
dengan gen mfat-1 yang mampu memproduksi n-3 PUFA. Dari penelitian ini
diperoleh hasil ekpresi gen berupa n-3 PUFA pada jaringan dan susu sapi (Wu,
2011).
f.
Tikus Transgenik Resisten terhadap Infeksi
Bakteri
Resistensi suatu bakteri terhadap jenis antibiotik
merupakan salah satu masalah yang serius bagi dunia medis dan farmasi. Oleh
karena itu diperlukan suatu hewan ternak yang mampu menghasilkan protein antibiotik.
Namun, dalam hal ini tikus digunakan sebagai uji coba terlebih dahulu. Salah
satu protein penghasil antimikroba adalah Protegrin-1 (PG-1) yang meru-pakan
derivat dari neutrofil. Pada percobaan ini, digunakan cDNA melalui reverse
transkripsi-PCR (RT-PCR) dengan primer upstream 5′-ATGGAGACCCAGAGAGCCAG-3′ dan
primer downstream 5′-TCATCCTCGTCCGACA CAGA-3′. Adapun gen yang mengkode PG-1
adalah gen PG-1-His.
2.5.
Kemajuan
Bioinformatika
Bioinformatika mengalami kemajuan sangat pesat dalam tahun 1990-an
sampai tahun 2000. Kemajuan ini ditandai denganditemukannya berbagai teknologi
rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinan DNA, pengembangbiakan sel induk,
kloning, dan lain-lain.
Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa genetika,
kultur jaringan dan rekombinan DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan
produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman
biasa, serta juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan.
Penerapan bioteknologi di masa ini juga dapat dijumpai pada pelestarian
lingkungan hidup dari polusi. Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari
kontroversiyang melingkupi perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi
kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman pangan.
Kemajuan lainnya adalah kemajuan ilmu kimia kombinatorial yaitu
ilmu kimia yang membahas berbagai car dalam proses penemuan molekul yang
memiliki keunikan tertentu. Sifat unik dari setiap molekul sangat penting dalam
perkembangan ilmu kimia itu sendiri dan ilmu lain yang berhubungan dengan ilmu
kimia itu sendiri dan ilmu lain yang berhubungan dengan ilmu kimia seperti
farmokologi, biokimia, dan lain-lain. Jika kita melihat kembali pada ilmu kimia
organic, kita tahu bahwa atom karbon dapat membentuk berbagai senyawa karbon.
Belum lagi adanya berbagai isomer dalam senyawa karbon maka akan menambah
keragaan senyawa karbon itu sendiri. Contohnya, jika kita perhatikan pada
molekul monosakarida (heksosa).dari heksosa dapat kita jumpai dua kelompok
besar monosakarida berdasarkan gugus fungdional yang dimilikinya, yaitu
kelompok aldosa dan ketosa. Jika perhatian kita tujukanpada aldosa, maka kita
dapat menemukan 16 jenis aldosa berdasarkan isomer optiknya. Hal ini disebabkan
tiap molekul aldosa memiliki empat atom karbon asimetrik.
semakin banyak jumlah atom karbon yang membentuk
senyawa organik, maka semakin beragam senyawa organic tertentu. Keragaman ini
dapat dilihat bagaimana caranya atom karbon berikatan satu sama lainnya. Selain
itu keragaman juga dapat dilihat dari kemampuan unsur lain seperti oksigen, hIdrogen,
dan nitrogen berikatan dengan atom karbon. Karena begitu beragamnya struktur
kimia organik, mempelajarinya bukan suatu proses yang sederhana. Perlu bantuan
sistem komputer untuk membantu mempelajari keragaman tersebut.
Penggunaan Komputer dalam ilmu kimia kombinatorial adalah untuk
menghasilkan pustaka molekul sebagai informasi dasar dan merancang struktur
molekul tertentu dengan sifat tertentu pula. Sebagai contoh menghambat
pematangan buah dapat dilakukan dengan menghambat enzim yang memicu proses
pematangan tersebut. Untuk menghambat enzim pematangan tersebut pula diberi
molekul tersebut memerlukan pengetahuan ilmu kimia kombinatorial dan dilakukan
dengan bantuan Komputer.
BAB III
Penutup
3.1.
Kesimpulan
Bioinformatika itu
sendiri mempunyai pengertian suatu teknologi pengumpulan, penyimpanan,
analisis, interprestasi, penyebaran dan aplikasi dari data-data biologi
molekul. Ilmu bioinformatikan lahir atas inisiatif para ahli komputer
berdasarkan artificial intelligence. Istilah
bioinformatika mulai dikemukakan pada pertengahan era 1980-an untuk mengacu
pada penerapan komputer dalam biologi. Bioinformatika mengalami kemajuan sangat pesat pada tahun
1990-an sampai tahun 2000.
Bioinformatika memilki kontribusi yang
banyak dalam perkembangan peradaban manusia, ini terbukti dari peranan
bioinformatika dalam ilmu-ilmu yang cukup penting seperti : basis data sekuens
biologis, peyejajaran sekuens, memprediksi struktur protein, serta analisis
ekspresi gen. Kemjuan Bioinformatika yang diimplementasikan dalam bidang
peternakan bioinformatika memiliki peranan yang cukup penting dalam
perkembangannya seperti : teknologi rekayasa genetika, rekombinan DNA,
pengembanganbiakan sel induk, cloning, dan lain-lain. Beberapa hasil teknologi
rekayasa genetika yang sudah berhasil adalah glowfish, lembu transgenik penghasil protein susu, kelinci penghasil bispesifik t-cell antibody,
ayam penghasil tetrasiklin, sapi
penghasil omega 3, tikus
transgenik resisten terhadap infeksi bakteri.
3.2.
Saran
Bioinformatika telah mendorong kemajuan ilmu-ilmu yang
memanfaatkanya. Dan tidak berlebihan kalau perkembangan ilmu biologi umumnya
dan ilmu-ilmu turunannya, sangat tergantung pada perkembangan bioinformatika.
Melihat hal ini tentunya ilmu perlu dikembangkan dan bahkan harus para peneliti
memanfaatkan perkembangan teknologi ini.
Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang memahami makna biologis data
tersebut dengan TI seperti programmer, akan sangat berperan penting dalam
kemajuan bioinformatika khususnya di Indonesia sendiri.
Comments
Post a Comment