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
0 komentar:
Posting Komentar