Pengertian:
Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics) 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.
Sejarah:
Istilah bioinformatics 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 molekular dalam mengungkap sekuens biologis dari protein (sejak awal 1950-an) dan asam nukleat (sejak 1960-an) mengawali perkembangan basis data dan teknik analisis sekuens biologis. Basis data sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960-an di Amerika Serikat, sementara basis data sekuens DNA dikembangkan pada akhir 1970-an di Amerika Serikat dan Jerman (pada European Molecular Biology Laboratory, Laboratorium Biologi Molekular Eropa). Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan 1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang berhasil diungkapkan pada 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 menyebabkan lahirnya bioinformatika.
Perkembangan Internet juga mendukung berkembangnya bioinformatika. Basis data bioinformatika yang terhubung melalui Internet memudahkan ilmuwan mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam basis data tersebut maupun memperoleh sekuens biologis sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui Internet memudahkan ilmuwan mengakses program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya.
Bidang-bidang yang terkait dengan BioInformatika:
1. Genomics
Adalah bidang ilmu yang ada sebelum selesainya sekuen genom, kecuali dalam bentuk yang paling kasar. Genomics adalah setiap usaha untuk menganalisa atau membandingkan seluruh komplemen genetik dari satu spesies atau lebih.
2. Informatika Medis
Sebagai pembelajaran, penemuan, dan implementasi dari struktur dan algoritma untuk meningkatkan komunikasi, pengertian, dan manajemen informasi medis
3.Komputasional Biologi
Bidang ini fokus pada Computational Biology adalah gerak evolusi, populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel.
4. Proteomics
Bidang ini menggunakan bioinformatika untuk menyelidiki protein yang tersusun oleh genomika
5.Biofisika
Merupakan sebuah bidang berdasarkan teknik-teknik dari ilmu fisika untuk memahami struktur dan ilmu biologi. Ilmu ini terkait dengan bioinformatika karena untuk mengenal teknik-teknik dari ilmu fisika untuk memahami struktur tersebut membutuhkan penggunaan TI.
Bioinformatika Pada Buah Kakao
Kakao adalah komoditas yang secara sosial maupun ekonomi penting bagi Indonesia. Namun, usaha peningkatan produksi kakao di Indonesia terkendala antara lain oleh adanya serangan hamapenggerek buah kakao PBK (Conopomorpha cramerella). Untuk menanggulangi serangan PBK tersebut perlu adanya satu cara pengendalian yang efektif dan efisien, sehingga dapat mendorong usaha pengembangan bahan tanaman yang tahan PBK. Karena sampai saat ini belum ada cara yang efisien untuk mengendalikan hama PBK. Pemakaian pestisida diyakini kurang efektif karena hama target dapat bersembunyi di dalam buah yang tidak terjangkau oleh penyemprotan. Pemakaian agensia biologis sering kurang konsisten hasilnya. Penerapan pangkas eradikasi kurang disukai oleh para pekebun karena mengurangi pendapatan pekebun kecil.Sementara itu,carasarungisasi tergolong padat tenaga kerja yang kurang sesuai untuk perkebunan besar. Serta masih banyak cara-cara yang masih belum memberikan hasil yang nyata dan efektif terhadap hama PBK. Sulitnya pengendalian hama yang penyebarannya cepat ini, mendorong usaha penemuan tanaman kakao tahan PBK (Sofyan, 2012).
Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk menguji kembali ketahanan klon-klon harapan tersebut. Efikasi bibit klonal dari klon-klon harapan tahan terhadap hamatersebut dengan cara penanaman kembali di daerah serangan PBK hingga tanaman perbanyakan berbuah. Setelah itu dilakukan evaluasi tingkat serangan PBK terhadap buah kakao. Cara ini dapat memberikan indikasi langsung mengenaiketahanan tanaman terhadap hara tersebut. Namun demikian, hal ini memerlukan waktu yang relatif lama karena memerlukan proses perbanyakan tanaman dan waktu hingga tanaman dapat berbuah. Selain itu juga memerlukan lahan yang luas. Cara yang lebih efisien dapat ditempuh dengan menggunakan penanda molekuler. Penanda yang demikian dapat dikembang-kan atas dasar sekuen gen yang menentukan gen ketahanan hama semacam ini, seperti gen inhibitor proteinase(Park & Thornburg, 1996).
Beberapa peneliti telah menemukan cara yang lebih efisien penanggulangan serangan terhadap buah kakao yang ditempuh menggunakan penanda molekuler. Penanda yang demikian dapat dikembangkan atas dasar sekuen gen yang menentukan gen ketahanan hama semacam ini., seperti gen inhibitor proteinase (PIN). PIN diketahui memiliki peranan yang penting dalam sistem pertahanan tanaman terhadap predator dan pathogen. Protein yang temakan oleh hama target akan berinteraksi dengan protease dalam usus hama target sehingga akan terikat dan terkunci pada situs aktif protease. Dengan demikian karena asam amino yang mudah diserap tidak dapat dihasilkan oleh proteasenya, hama menjadi kekurangan nutrisi sehingga pertumbuhan dan perkembanganya terhambat (Mollah, 2004).
Karakterisasi Sekuen Gen Inhibitor Proteinase Pada Buah Kakao
Bioinformatika sebenarnya merupakan ranah ilmu yang tergolong baru dan belum banyakberkembang di Indonesia.Bioinformatika merupakan gabungan antara ilmu biologi dengan informatika, dimana hasil penelitian biologi dibentuk menjadi data digital dan kemudian diolah untuk menghasilkansuatu informasi baru.Bioinformatika membantu kehidupan manusia dalam berbagai hal, contohnya saja dalam peningkatan produksi pangan atau pertanian.Revolusi pertanian dapat mengubah paradigma pertanian konvensional dengan menghasilkan spesies tanaman pangan unggul hasil rekayasa genetika.Teknologi rekayasa genetika merupakan salah satu bidang yang sangat membutuhkan riset bioinformatika (Claveri, 2003).
Kakao merupakan komoditas yang secara sosial maupun ekonomi penting bagi Indonesia. Namun perkebunan kakao mengalami permasalahan yang cukup serius akibat hama penggerek buah kakao (PBK). Hingga saat inipun belum ditemukan cara yang efektif untuk memberantas PBK. PIN (inhibitor proteinase) merupakan gen yang membawa sifat ketahanan tanaman terhadap hama ulat seperti PBK. Harapannya PIN dalam buah kakao akan diidentifikasi dan diklonkan. Deteksi PIN di dalam kakao dikerjakan dengan PCR.Vektor kloning pGEM-T digunakan untuk mengklon produk PCR.Analisis sekuen dilakukan dengan program BLAST dari situs NCBI.
Gambar 1
Sedangkan analisis penjajaran (alignment) untuk menentukan kemiripangenetik menggunakan program CLUSTALW dari situs EBI.
Terlihat bahwa riset bioinformatika ternyata juga memegang peranan penting dalam permasalahan pangan dan bionformatika sangat membantu dalam peranan science.Deteksi PIN didalam kakao dikerjakan dengan PCR menggunakan primer heterologous yang spesifik terhadap PIN dan DNA genomik kakao sebagai templatenya. Kloning DNA fragmen produk PCR spesifik dilakukan menggunakan pGEM-T dan sel inang E. coli. Elektro- foresis dari hasil PCR beberapa klon kakao ditampilkan pada Gambar 1.
Amplifikasi DNA genomic kakao menggunakan PCR dengan primer spesifikPIN menghasilkan pita-pita DNA yang intensitasnya bervariasi. Secara umum PCR DNA namunintensitasnya relatif sangat lemah.). Bervariasinya intensitas pita DNA ini mungkin karena tingkat kemurnian DNA yang tidak sama, jumlah copy gen, atau afinitas primer dengan templet berbeda-beda. Untuk memastikan lebih lanjut mana yang benar perlu dilaku- kan pengujian. Hasil ini mengindikasikan bahwa gen target penyandi protein 21kDa yang diekspresikan pada biji kakao dapat dijadikan dasar dalam perancangan primer heterologous spesifik PIN (Santoso, 2001). Selain itu primer tersebut dapat digunakan untuk mendeteksi PIN kakao harapan tahan asal Sulawesi Selatan yang diuji.klon-klon harapan tahan PBK, memberikan pita DNA yang relatif kuat sedangkan PCR klon-klon kontrol yang peka tidak mem- berikan pita DNA atau menghasilkan pita.
Beberapa tanaman kakaosampel menghasilkan amplikon dari analisis PCR dengan menggunakan primer heterologous spesifik PIN. Elektroforesis pada gel agarosa hasil PCR tersebut terlihat seperti pada Gambar 2, menunjukkan bahwa sebagian besar menghasilkan amplikon sesuai denganyang diperkirakan.
Analisis homologi dari sekuen DNA spesifik yang diperoleh, dilakukan dengan pendekatan teknik bioinformatika melalui program BLAST yang dapat diakses pada situs NCBI yaitu hhttp://www.ncbi.nlm.nih.ov/BLAST/. Berikut ini merupakan hasil analisis sekuen DNA menggunakan program Blast :
Gambar 3 menunjukkan bahwa sekuen asam amino klon kakaodenganTheobroma yang lain dan spesies tanamanlainnya yang ada pada data base memiliki distribusi perbandingan sangat tinggi. HasilBlastX memperlihatkankecenderungantingkat homologi yang relatif tinggi yang berkisar pada daerah sekuen >200 bp.Secara teoritis kisaran skor > 50 bits denganE-value > e-04 pada analisis blast menunjuk- kan tingkat kemiripan yang tinggi (Claveri etal., 2003; Santoso 2001).
Selanjutnya untuk mengetahui tingkat kekerabatan antara klon kakao uji (MJ-1 dan LW-1) dengan kakao lain dan spesies tanaman lain yang ada pada data base, dilakukan analisis ClustalW dalam bentuk dendogram. Analisis kekerabatan (filo- genetik) untuk asam nukleat dan protein blast tentang tingkat kemiripan dari MJ-1, LW-1 yang sama-sama tahan sebagai tanaman uji dan beberapa spesies kakao lain dan spesies tanaman lain yang ada pada data base relatif tinggi. Hal ini memperlihatkan bahwa tingkat kemiripan gen antar spesies yang dianalisis menggambarkan tingkat kekerabatan, ada yang sangat dekat, agak dekat, dan ada pula yang jauh tidak berdekatan kekerabatan. Klon MJ-1 dan LW-1 masih dalam satu kekerabatan yang sangat dekat dibandingkan dengan spesies dari di base. Data ini memberikan suatu asumsi bahwa gen TcPIN yang ada pada MJ-1 masih kerabat dengan TcPIN pada LW-1, demikian pula dengan PIN dari data base yang lebih dekat dibandingkan dengan spesies-spesies tanaman lainCpPIN, AtPIN, IbPIN, StPIN, CrPIN dan GmPIN Selanjutnya untuk melihat kemiripan antara sekuen TcPIN dari klon harapan tahan PBK. LW-1 dan MJ-1 dilakukan analisis Blast Spesial terhadap sekuen TcPIN dari kedua klon tersebut. Hasil analisis menunjukkan bahwa gen PIN yang terkandung pada kedua klon tersebut memiliki tingkat kemiripan sangat tinggi yakni mencapai sekitar 96%. Dengan Score bits 671, E value mencapai sempurna 0,0.
Pada Gambar 5 terlihat bahwa sekuennukleotida dari gen TcPIN LW-1 dengan TcPIN MJ-1 yang masing-masing merupa- kan klon harapan tahan PBK teridentifikasi mengandung gen penyandi proteinase inhibitor yang memiliki tingkat kemiripan yang sangat tinggi. Hasil analisis di tingkat DNA ini dan sebelumnya mengindikasikan bahwa proteinase inhibitor terkait dengan ketahanan kakao terhadap PBK.
Analisis penjajaran(alignment) untuk menentukan kemiripan genetik menggunakan program ClustalW dari situs EBI yaitu htp://www.ebi.ac.uk/egi-bin/CLUSTALW/. Dan hasilnya adalah :
Pada kesimpulannya, 13 dari 18 klon kakao yang diuji, menunjukkan adanya homolog PIN.Dua DNA fragmen dari klon harapan tahan, MJ-1, dan LW-1 telah ditentukan sekuen nukleotidanya.Satu diantaranya, MJ-1 berhasil diklon.Analisis sekuen kedua klon tersebut menunjukkan identitas sebagai homolog PIN dan keduanya memiliki kemiripan genetik yang tinggi.
Terlihat bahwa riset bioinformatika ternyata juga memegang peranan penting dalam permasalahan pangan.Indonesia yang saat ini banyak tertinggal riset dasar dan terapannya harus berbenah diri dengan meningkatkan jumlah dan kompetensi riset demi mengejar ketertinggalan di berbagai sektor dari negara maju, bahkan negara berkembang seperti China dan India.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nama Kelompok:
1. Faisal Muslim (59410127)
2. Helmi (53410196)
3. Muhammad Fahri (54410679)
4. Subhan Rubiansyah (56410702)
5. Syarief Yusuf Ibrahim (5610783)
6. Valda Iriando Paiki (58410344)
Link Referensi:
http://id.wikipedia.org/wiki/Bioinformatika
http://riskawuni.blogspot.com/2013/04/bioinformatika-dan-beberapa-bidangnya.html
http://seluruhilmu999.blogspot.com/2013/11/contoh-makalah-bioinformatika-terhadap.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar