Apa itu Bioinformatika?
Dalam ensiklopedi Wikipedia (2007) disebutkan bahwa Bioinformatika adalah ilmu
yang mempelajari penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan
menganalisis informasi biologis. Bioinformatika merupakan ilmu 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.
Contoh topik utama bidang ini meliputi database 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.
Aprijani dan Elfaizi (2004) menyatakan bioinformatika merupakan kajian yang
memadukan disiplin biologi molekul, matematika dan teknonologi informasi (TI).
Ilmu ini didefinisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisis untuk
menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi molekul. Biologi molekul
sendiri juga merupakan bidang interdisipliner, mempelajari kehidupan dalam
level molekul. Utama (2003) menyatakan bioinformatika didefenisikan sebagai
aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan
menginterpretasikan data-data biologi. Ilmu ini merupakan ilmu baru yang yang
merangkul berbagai disiplin ilmu termasuk ilmu komputer, matematika dan fisika,
biologi, dan ilmu kedokteran, yang kesemuanya saling menunjang dan saling
bermanfaat satu sama lainnya.
Sedangkan menurut Tekaia (2004, dalam Aprijani dan Elfaizi (2004)
bioinformatika merupakan metode matematika, statistik dan komputasi yang
bertujuan untuk menyelesaikan masalah-masalah biologi dengan menggunakan sekuen
DNA dan asam amino dan informasi-informasi yang terkait dengannya.
Awal Mula Lahirnya Disiplin Ilmu Bioinformatika
Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer berdasarkan
artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam
ini bisa dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut.
Berbagai kajian baru bermunculan, sejalan dengan perkembangan TI 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 pun 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.
Di dalam ensiklopedi Microsoft Encarta (2006) disebutkan bahwa proyek besar
yang berusaha mengungkap tabir genom manusia yaitu Human Genom Project (HGP)
telah menghasilkan urutan genom manusia. Urutan genom manusia yang lengkap ini
telah menghasilkan suatu katalog sekitar 20.000 sampai 25.000 gen manusia, peta
kromosom beresolusi tinggi, beratus ribu hal yang menonjol serta milyaran
informasi pasangan basa urutan DNA. Sudah menjadi kebutuhan yang sangat mendesak
untuk menampung banjirnya informasi dan data yang sangat bermanfaat ini
sekaligus juga mudah dan cepat untuk mengaksesnya. Untuk itu sistem manajemen
informasi laboratorium, yang bersifat otomatis, sistem manajemen database, dan
alat penghubung pemakai grafis merupakan perkakas komputasi yang diperlukan
untuk membantu peneliti genom adalah sesuatu yang sangat dibutuhkan.
Kelahiran Bioinformatika modern tak lepas dari perkembangan bioteknologi di era
tahun 70-an, di mana seorang ilmuwan AS melakukan inovasi dalam mengembangkan
teknologi DNA rekombinan. Berkat penemuan ini lahirlah perusahaan bioteknologi
pertama di dunia, yaitu Genentech di AS, yang kemudian memproduksi protein
hormon insulin dalam bakteri, yang dibutuhkan penderita diabetes.
Ruang Lingkup Bioinformatika
Menurut Aprijani dan Elfaizi (2004) terdapat beberapa cabang ilmu yang terkait
dengan bioinformatika. Cabang-cabang tersebut antara lain: Biofisik,
Computational Biology, Medical Infromatics, Cheminformatics, Genomics,
Mathematical Biology, Proteomics, Pharmacogenomics, serta Pharmacogenetics.
Dengan adanya gambaran bahwa Bionformatika terkait dengan bidang-bidang ilmu
yang lain memperlihatkan bahwa Bioinformatika mempunyai ruang lingkup yang
sangat luas dan mempunyai peran yang sangat besar dalam bidangnya. Bahkan pada
bidang pelayanan kesehatan Bioinformatika menimbulkan disiplin ilmu baru yang
menyebabkan peningkatan pelayanan kesehatan.
Sedikit usaha statistik telah mendatangkan banyak kegembiraan, harapan,
keprihatinan, kejutan, rasa keingintahuan, antusiasme, dan data yaitu Human
Genome Project (HGP). Bidang kajian baru yang muncul dengan nama baru karena
terinspirasi oleh HGP antara lain: Genomik, Farmakogenomik, Bioinformatika.
Tulisan William Safire di New York Times Sunday Magazine (18 Feb 2001)
mencantumkan sebuah judul dengan kata tunggal ”Proteomik”. Selamat datang di
dunia ”informasi” yang berkelanjutan yang sarat muatan.
Mengapa Bioinformatika Menjadi Tren Ilmu Masa Kini?
Bioteknologi modern ditandai dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode
genetik DNA. Berbagai aplikasinya telah merambah sektor kedokteran, pangan,
lingkungan, dsb. Kemajuan ilmu Bioinformatika ini dimulai dari genome project
yang dilaksanakan di seluruh dunia dan menghasilkan tumpukan informasi gen dari
berbagai makhluk hidup, mulai dari makhluk hidup tingkat rendah sampai makhluk
hidup tingkat tinggi. Pada tahun 2001 pembacaan sekuen genom manusia yang
dilakukan oleh perusahaan bioteknologi Amerika Serikat (AS) Celera Genomics
menjadi lebih cepat dan lebih akurat dibanding usaha konsorsium lembaga riset
publik AS, Eropa, dll berkat kontribusi TI melalui perangkat komputasinya
(perangkat keras maupun lunak). Aplikasi TI life sciences yang melahirkan
bidang Bioinformatika dalam bidang biologi/akan menjadi semakin penting di masa
depan, tidak hanya mengakselerasi kemajuan bioteknologi namun juga menjembatani
dua gelombang ekonomi baru tersebut (TI & bioteknologi).
Hasil pembacaan dari genome project ini adalah database genom-genom. Semua
data-data yang dihasilkan dari genome project ini perlu di susun dan disimpan
rapi sehingga bisa digunakan untuk berbagai keperluan, baik keperluan
penelitian maupun keperluan di bidang medis. Dalam hal ini peranan
Bioinformatika merupakan hal yang esensial.
Keberadaan database adalah syarat utama dalam analisa Bioinformatika. Database
informasi dasar telah tersedia saat ini. Untuk database DNA yang utama adalah
GenBank di AS (Gambar 2). Sementara itu bagi protein dan sekuen asam aminonya,
databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) dan untuk struktur 3D-nya di
Protein Data Bank (PDB; AS).
Dengan Bioinformatika, data-data ini bisa disimpan dengan teratur dalam waktu
yang singkat dan tingkat akurasi yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan
program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu. Sebaliknya Bioinformatika
juga mempercepat penyelesaian genome project ini karena Bioinformatika
mensuplai program-program yang diperlukan untuk proses pembacaan genom ini.
Sedikit usaha statistik telah mendatangkan banyak kegembiraan, harapan,
keprihatinan, kejutan, rasa keingintahuan, antusiasme, dan data yaitu Human
Genome Project (HGP). Bidang kajian baru yang muncul dengan nama baru karena
terinspirasi oleh HGP antara lain: Genomik, Farmakogenomik, Bioinformatika.
Tulisan William Safire di New York Times Sunday Magazine (18 Feb 2001)
mencantumkan sebuah judul dengan kata tunggal ”Proteomik”. Selamat datang di
dunia ”informasi” yang berkelanjutan yang sarat muatan.
HGP menyediakan banyak peluang untuk memanfaatkan dan memodifikasi isi paket
pelajaran yang ada dengan lebih mudah. Ketika membicarakan tentang keterbatasan
ilmu dan teknologi, HGP menyediakan beberapa contoh perubahan peran kemapanan,
ketepatan instrumen dan beragam tekanan seperti, undang-undang, politik dan
ekonomi. Perbedaan antara ilmu pengetahuan yang besar dengan ilmu pengetahuan
yang kecil dapat digambarkan dengan seberapa banyak perhatian yang tercurah
untuknya. Hal ini akan tampak bahwa pemahaman kita terhadap hipotesis tersebut
diterima atau ditolak, terbukti atau tidak terbukti dapat dicontohkan dengan
realisasi bahwa sebuah gen paling mungkin mengkode untuk lebih dari satu
polipeptida.
contoh aplikasi dan implikasinya
Bioinformatika dalam Dunia Kedokteran
1. Bioinformatika dalam bidang klinis
Perananan Bioinformatika dalam bidang klinis ini sering juga disebut sebagai
informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi dari clinical informatics
ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari pasien melalui Electrical
Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement J.
Sebagai salah satu contoh, jika kita ingin melihat tentang kanker payudara,
kita tinggal masukan kata-kata dan setelah searching akan keluar berbagai jenis
kanker payudara. Kalau kita ingin mengetahui lebih detil tetang salah satu
diantaranya, kita tinggal klik dan akan mendapatkan informasi detil mengenai
hal tersebut beserta posisi gen penyebabnya di dalam koromosom. Gambar 3 adalah
salah satu hasil searching dari breast cancer.
2. Bioinformatika untuk penemuan obat
Walaupun dengan sarana Bioinformatika bisa diperkirakan senyawa yang
berinteraksi dan menekan fungsi suatu enzim, hasilnya harus dikonfirmasi
melalui eksperiment di laboratorium. Namun dengan Bioinformatika, semua proses
ini bisa dilakukan lebih cepat sehingga lebih efesien baik dari segi waktu
maupun finansial.
Bioinformatika dalam Virologi
Sebelum kemajuan bioinformatika, untuk mengklasifikasikan virus kita harus
melihat morfologinya terlebih dahulu. Untuk melihat morfologi virus dengan
akurat, biasanya digunakan mikroskop elektron yang harganya sangat mahal
sehingga tidak bisa dimiliki oleh semua laboratorium. Selain itu, kita harus
bisa mengisolasi dan mendapatkan virus itu sendiri.
Isolasi virus adalah suatu pekerjaan yang tidak mudah. Banyak virus yang tidak
bisa dikulturkan, apalagi diisolasi. Virus hepatitis C (HCV), misalnya, sampai
saat ini belum ada yang bisa mengkulturkannya, sehingga belum ada yang tahu
bentuk morfologi virus ini. Begitu juga virus hepatitis E (HEV) dan kelompok
virus yang termasuk ke dalam family Calliciviridae, dimana sampai saat ini
belum ditemukan sistem pengkulturannya.
Walaupun untuk beberapa virus bisa dikulturkan, tidak semuanya bisa diisolasi
dengan mudah. Oleh karena itu, sebelum perkembangan bioinformatika, kita tidak
bisa mengidentifikasi dan mengklasifikasikan virus-virus semacam ini.
Dengan kemajuan teknik isolasi DNA/RNA, teknik sekuensing dan ditunjang dengan
kemajuan bioinformatika, masalah diatas bisa teratasi. Untuk mengidentifikasi
dan mengklasifikasikan virus, isolasi virus tidak lagi menjadi suatu hal yang
mutlak. Kita cukup dengan hanya melakukan sekuensing terhadap gen-nya. Ini
adalah salah satu hasil kemajuan bioinformatika yang nyata dalam bidang
virologi.