PENGANTAR KOMPUTASI MODERN
DNASIS
ABSTRAK
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.
Mula-mula
bidang kajian ini muncul atas inisiatif para ahli biologi molekul dan ahli
statistik, berdasarkan pola pikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bisa
dibuat secara artificial melalui simulasi dari data-data yang ada. Pada bidang
Bioinformatika, data-data atau tindak-tanduk gejala genetika menjadi inti
pembentukan simulasi.
Pada
saat ini, Bioinformatika ini mempunyai peranan yang sangat penting, diantaranya
adalah untuk manajemen data-data biologi molekul, terutama sekuen DNA dan
informasi genetika . Perangkat utama Bioinformatika adalah software dan
didukung oleh kesediaan internet.
Bioinformatika
mempunyai peluang yang sangat besar untuk berkembang karena banyak sekali
cabang-cabang ilmu yang terkait dengannya. Namun sayangnya di Indonesia sendiri
Bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Di kalangan peneliti
biologi, mungkin hanya para peneliti biologi molekul yang mengikuti
perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-perangkat Bioinformatika
untuk analisa data. Sementara di kalangan TI --mengingat kuatnya disiplin
biologi yang menjadi pendukungnya-- kajian ini juga masih kurang mendapat
perhatian. Paper ini bertujuan untuk lebih mengenalkan Bioinformatika di
kalangan TI dan masyarakat luas.
PENDAHULUAN
Penetrasi
Teknologi Informasi (TI) dalam berbagai disiplin ilmu telah melipatgandakan
perkembangan ilmu bersangkutan. Berbagai kajian baru bermunculan, sejalan
dengan perkembangan TI itu sendiri dan disiplin ilmu yang didukungnya. Aplikasi
TI dalam bidang biologi molekul telah melahirkan bidang Bioinformatika. Kajian
ini semakin penting, sebab perkembangannya telah mendorong kemajuan
bioteknologi di satu sisi, dan pada sisi lain memberi efek domino pada bidang
kedokteran, farmasi, lingkungan dan lainnya.
Kajian
baru Bioinformatika ini tak lepas dari perkembangan biologi molekul modern yang
ditandai dengan kemampuan manusia untuk memahami genom, yaitu cetak biru
informasi genetik yang menentukan sifat setiap makhluk hidup yang disandi dalam
bentuk pita molekul DNA (asam deoksiribonukleat). Kemampuan untuk memahami dan
memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh TI melalui perangkat
perangkat keras maupun lunak. Hal ini bisa dilihat pada upaya Celera Genomics,
perusahaan bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom
manusia yang secara maksimal memanfaatkan TI sehingga bisa melakukan
pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun), dibanding usaha
konsorsium lembaga riset publik AS, Eropa, dan lain-lain, yang memakan waktu
lebih dari 10 tahun.
Bioteknologi
modern ditandai dengan kemampuan pada manipulasi DNA. Rantai/sekuen DNA yang
mengkode protein disebut gen. Gen ditranskripsikan menjadi mRNA, kemudian mRNA
ditranslasikan menjadi protein. Protein sebagai produk akhir bertugas menunjang
seluruh proses kehidupan, antara lain sebagai katalis reaksi biokimia dalam
tubuh (disebut enzim), berperan serta dalam sistem pertahanan tubuh melawan
virus, parasit dan lain-lain (disebut antibodi), menyusun struktur tubuh dari
ujung kaki (otot terbentuk dari protein actin, myosin, dan sebagainya) sampai
ujung rambut (rambut tersusun dari protein keratin), dan lain-lain. Arus
informasi, DNA -> RNA -> Protein, inilah yang disebut sentral dogma dalam
biologi molekul.
Desakan
kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpan dan menganalisa data-data biologis dari
database DNA, RNA maupun protein inilah yang semakin memacu perkembangan kajian
Bioinformatika.
PEMBAHASAN
1.2.1. Bioinformatika
dalam Bidang Klinis
Bioinformatika
dalam bidang klinis sering disebut sebagai informatika klinis (clinical
informatics). Aplikasi dari informatika klinis ini 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 rontgen, ukuran detak jantung,
dan lain lain. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai
dengan kondisi pasien tertentu dan lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom
manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang,
sehingga penanganan terhadap pasien menjadi lebih akurat.
1.2.2. Bioinformatika
untuk Identifikasi Agent Penyakit Baru
Bioinformatika
juga menyediakan tool yang sangat penting untuk identifikasi agent penyakit
yang belum dikenal penyebabnya. Banyak sekali penyakit baru yang muncul dalam
dekade ini, dan diantaranya yang masih hangat adalah SARS (Severe Acute
Respiratory Syndrome).
Pada
awalnya, penyakit ini diperkirakan disebabkan oleh virus influenza karena
gejalanya mirip dengan gejala pengidap influenza. Akan tetapi ternyata dugaan
ini salah karena virus influenza tidak terisolasi dari pasien. Perkirakan lain
penyakit ini disebabkan oleh bakteri Candida karena bakteri ini terisolasi dari
beberapa pasien. Tapi perkiraan ini juga salah. Akhirnya ditemukan bahwa dari
sebagian besar pasien SARS terisolasi virus Corona jika dilihat dari
morfologinya. Sekuen genom virus ini kemudian dibaca dan dari hasil analisa
dikonfirmasikan bahwa penyebab SARS adalah virus Corona yang telah berubah
(mutasi) dari virus Corona yang ada selama ini.
Dalam
rentetan proses ini, Bioinformatika memegang peranan penting. Pertama pada
proses pembacaan genom virus Corona. Karena di database seperti GenBank, EMBL
(European Molecular Biology Laboratory), dan DDBJ (DNA Data Bank of Japan)
sudah tersedia data sekuen beberapa virus Corona, yang bisa digunakan untuk
mendisain primer yang digunakan untuk amplifikasi DNA virus SARS ini. Software
untuk mendisain primer juga tersedia, baik yang gratis maupun yang komersial.
Contoh yang gratis adalah Webprimer yang disediakan oleh Stanford Genomic
Resources (http://genome-www2.stanford.edu/cgi-bin/SGD/web-primer), GeneWalker
yang disediakan oleh Cybergene AB
(http://www.cybergene.se/primerdisain/genewalker), dan lain sebagainya. Untuk
yang komersial ada Primer Disainer yang dikembangkan oleh Scientific &
Education Software, dan software-software untuk analisa DNA lainnya seperti
Sequencher (GeneCodes Corp.), SeqMan II (DNA STAR Inc.), Genetyx (GENETYX
Corp.), DNASIS (HITACHI Software), dan lain lain.
Kedua
pada proses mencari kemiripan sekuen (homology alignment) virus yang didapatkan
dengan virus lainnya. Dari hasil analisa virus SARS diketahui bahwa genom virus
Corona penyebab SARS berbeda dengan virus Corona lainnya. Perbedaan ini
diketahui dengan menggunakan homology alignment dari sekuen virus SARS.
Selanjutnya, Bioinformatika juga berfungsi untuk analisa posisi sejauh mana
suatu virus berbeda dengan virus lainnya.
