PENGENALAN BIOINFORMATIKA

Transkripsi

1 PS-S1 Jurusan Biologi, FMIPA, UNEJ (2017) PENGENALAN BIOINFORMATIKA Oleh: Syubbanul Wathon, S.Si., M.Si.

2 Pokok Bahasan Sejarah Bioinformatika Istilah-istilah biologi Pangkalan data Tools Bioinformatika

3 Sejarah Bioinformatika Munculnya ilmu bioinformatika pada tahun 1960 yang diawali dengan pembuatan pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens biologi. Pihak yang sukses merintis pangkalan data protein yaitu AS Mulai pada tahun 1970, pangkalan data mulai dikerjakan bersama-sama, yang terdiri dari konsorsium Amerika Serikat dan Jerman di laboratorium Biologi Molekuler Eropa (European Molecular Biology Laboratory). Akhirnya pada tahun 1970 dan 1990 an terjadi ledakan jumlah sekuens DNA organisme. Pada tahun 1980 an, bioinformatika mengacu pada penerapan ilmu komputer (Perintis : Paulien Hogeweg)

4 Sejarah Bioinformatika Penemuan teknologi lainnya, yaitu jaringan internet mendukung perkembangan ilmu bioinformatika Para peneliti menghubungkan pangkalan data bioinformatika dengan jaringan internet sehingga dapat memudahkan peneliti lain dalam mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi sebagai bahan analisis Selain itu, adanya akses program-program aplikasi bioinformatika melalui internet semakin memudahkan ilmuwan dalam mengakses program-program tersebut. Kemajuan ilmu bioinformatika ini lebih didesak lagi oleh genome project yang dilaksanakan diseluruh dunia dan menghasilkan banyak informasi gen dari makhluk hidup tingkat rendah hingga mahkluk hidup tingkat tinggi.

5 Sejarah Bioinformatika Sebagai capaian yang progresif, pada tahun 2001, genom manusia yang terdiri dari 2,91 juta pasang basa telah selesai dibaca. Bahkan baru-baru ini, genom patogen Plamodium penyebab penyakit Malaria dan Anopheles sp. Yang berperan sebagai vektor malaria juga telah berhasil dibaca. Masih banyak gen-gen lain dari makhluk hidup yang telah selesai dibaca dan sedang proses pembacaan atau pengumpulan data Pengorganisasian data memastikan informasi biologis tersedia melalui pengawasan kualitas, pemeriksaan silang dan standarisasi untuk selanjutnya bisa diakses atau ditelusuri dengan cepat dan mudah.

6 Bioinformatika...??? Bioinformatika merupakan cabang ilmu yang mempelajari tentang penerapan teknik komputasi dalam bidang biologi. Bioinformatika merupakan paduan antara ilmu biologi, ilmu komputasional dan teknologi informasi Tujuannya untuk mengelola dan menganalisis informasi-informasi biologis yang dapat mempermudah kerja para peneliti-peneliti (ilmuwan) Selain bidang biologi, bioinformatika juga mencakup penerapan metode-metode matematika, biostatistika, kimia, fisika, kedokteran dan farmasi. Informasi biologis umumnya merupakan data sekuens DNA dan asam amino dan informasi lain yang berkaitan.

7 Pendahuluan Bioinformatika Ilmu bioinformatika berkembang karena munculnya ilmu lain yaitu bidang biologi molekuler dan teknologi informasi Perkembangan dan kemajuan ilmu bioinformatika sangat erat kaitannya dengan perkembangan ilmu biologi molekuler Salah satu konsep dalam bidang biologi molekular yang paling mendorong kemajuan ilmu bioinformatika adalah pemahaman manusia dalam bidang genomik yang terdapat dalam molekul DNA ataupun RNA. Bioinformatika hadir untuk membantu dalam pemecahan-pemecahan masalah yang muncul dalam ilmu biologi molekuler yang tak mampu terselesaikan dengan teknik analisis konvensional

8 Pendahuluan Bioinformatika Dasar pemikiran para biolog dan komputasionist bahwa semua gejala yang terjadi di alam dapat dibuat secara artifisial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut Agar pendekatan tersebut dapat terwujud, maka diperlukan data-data yang menjadi kunci penentu tindak dan tanduk gejala alam tersebut. Data-data tersebut berupa urutan nukleotida-nukleotida penyusun DNA ataupun penyusun RNA Bioinformatika berperan penting dalam management data-data dari dunia biologi, kedokteran dan farmasi modern Perangkat utama bioinformatika yaitu program software dan saluran internet

9 Latar Belakang Bioinformatika Latar belakang bioinformatika diawali dengan ledakan data (data booming/ data explosion) observasi biologi sebagai hasil yang dicapai dari kemajuan bioteknologi Salah satu contohnya adalah pertumbuhan pesat database DNA yang ada di Gene Bank Gene Bank merupakan pusat database utama yang menyimpan segala data biologi molekuler dari seluruh penjuru dunia Pengelola Gene Bank adalah badan khusus yang berada di AS, yaitu NCBI (National Center for Biotechnology Information). Data yang ada pada Gene Bank tersebut dapat diakses (open access) oleh seluruh peneliti di dunia.

10 Perkembangan Gene Bank

11 Perkembangan Bioinformatika Pengolahan data untuk mempelajari, memahami dan memanipulasi sandi/ kode genetik DNA didukung oleh perkembangan teknologi informasi (software dan hardware). Beberapa software sengaja dibuat untuk mendukung perkembangan bioinformatika Perusahaan besar yang bergerak di bidang bioteknologi AS (CELERA GENOMICS), mampu menganalisis informasi genetik dari genom manusia dengan analisis bioinformatika Adanya peran bioinformatika membuat project pembacaan sekuens genom manusia dapat dilakukan dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun)

12 Istilah Istilah Biologi Biologi Molekular Sel DNA RNA Gen Molekul Protein Genom

13 Biologi Molekular Cabang ilmu biologi yang mempelajari tentang kehidupan pada tingkatan molekul Biologi molekular mengkaji interaksi molekul dalam makhluk hidup, interaksi berbagai sistem dalam kesatuan sel, interaksi DNA, RNA dan sintesis protein (dogma genetik) dan regulasi ekspresi gen.

14 Sel Sel adalah satuan struktural terkecil dari suatu mahkluk hidup dan menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis. Segala proses metabolisme berawal dari satuan sel mahkluk hidup Sel dapat bertindak secara autonom jika seluruh kebutuhan hidup terpenuhi

15 Molekul Molekul merupakah kumpulan atom (setidaknya tersusun dua atom) yang terhubung dan brikatan dengan sangat kuat (ikatan kovalen) dalam rangkaian tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil

16 DNA Deoxyribonucleid Acid atau disebut juga Asam Deoksiribonukleat merupakan salah satu jenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Lokasi DNA di dalam sel terletak pada inti sel DNA berperan sebagai materi genetik, yang bermakna bahwa DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel

17 RNA Ribonucleid Acid atau disebut juga Asam Ribonukleat merupakan senyawa materi genetik yang memainkan peran utama dalam ekspresi gen. RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

18 Gen Gen adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Gen merupakan urutan DNA yang menyandi suatu protein, polipeptida atau seuntai RNA yang memiliki fungsi bagi organisme yang memilikinya. Gen juga bertugas untuk menentukan kapan, dimana, seberapa banyak suatu protein diproduksi Adanya perubahan pada suatu gen akan menyebabkan abnormalitas fungsi protein, pada gilirannya berkaitan erat dengan mekanisme timbulnya penyakit pada seseorang Analisis ekspresi gen menjadi sangat penting untuk mengetahui mekanisme timbulnya penyakit

19 Protein Protein merupakan senyawa organik yang kompleks dan umumnya memiliki massa molekul yang besar. Merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu dengan lainnya melalui ikatan peptida Komponen protein diantaranya adalah, karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan ada juga yang berupa sulfur dan juga fosfor Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel mahkluk hidup Kebanyak protein berupa enzim dan hormon

20 Sintesis Protein Sintesis protein merupakan proses pencetakan atau penerjemahan protein dalam sel Sifat enzim sebagai pengendali dan penumbuh karakter makhluk hidup ditentukan oleh jumlah jenis dan urutan asam amino yang menyusunnya Jenis dan urutan asam amino ditentuka oleh DNA Sintesis protein terdiri dari dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi Trankripsi merupakan proses penyalinan informasi genetik yang ada pada DNA ke RNA Translasi merupakan proses pembacaan atau menerjemahan informasi genetik yang ada pada RNA menjadi urutan atau rangkayan asam amino (protein)

21 Genom Genom merupakan istilah keseluruhan bahan genetik yang membawa semua informasi pendukung kehidupan pada suatu mahkluk hidup, baik yang merupakan gen atau bukan Genom mencakup semua informasi genetik yang dibawa DNA, baik di inti sel (nukleus), mitokondria, maupun plastida Setiap spesies memiliki paket genom yang berbeda beda. Hal ini dapat dijelaskan karena perkawinan silang antara dua spesies sering menghasilkan keturunan yang mandul (steril). Kajian mengenai bahan genetik secara keseluruhan ini dikenal sebagai genomika (genomic)

22 Kariotipe Kromosom Manusia

23 Teknologi DNA Rekombinan Munculnya ilmu bioinformatika juga didukung dengan perkembangan teknologi DNA rekombinan Teknologi DNA rekombinan memunculkan suatu pengetahuna baru dalam bidang rekayasa genetik yang dikenal dengan bioteknologi Evolusi bidang ilmu bioteknologi konvensional ke bioteknologi modern ditandai dengan capaian manusia dalam melakukan analisis DNA, sekuensing DNA dan manipulasi DNA

24 DNA Sekuensing DNA sekuensing merupakan teknik pembacaan urutan nukleotida penyusun DNA atau RNA Sebagian besar molekul DNA genom organisme telah diketahui berkat bantuan teknik DNA sekuencing Sebagai contoh, genom virus yang tersusun atas nukleotida atau sekitar 11 gen telah berhasil dibaca seluruhnya pada tahun 1977 Tidak hanya itu, sekuens genom manusia yang terdiri sekitar 3 milyar nukleotida dari telah mampu dipetakan dalam waktu 3 tahun saja.

25 Topik - Topik Bioinformatika Adapun topik dan informasi-informasi biologis yang dikerjakan diantaranya : Pengelolaan informasi biologis Pensejajaran sekuens DNA dan RNA (sequence alignment) Prediksi dan desain struktur sekunder RNA Prediksi dan desain struktur protein (2D dan 3D) Identifikasi dan karakterisasi protein Analisis biodiversitas dan filogenetik Analisis Fingerprint Analisis proteomik dan genomik Analisis ekspresi gen lainnya

26 See you next week...