7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 1/38

Bioinformatika

Pengenalan Bioinformatika

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 2/38

Contents

• Sejarah Bioinformatika

• Istilah Biologi

• Pangkalan Data• Tools Bioinformatika

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 3/38

Definisi

• Bioinformatika (bioinformatics) adalah ilmu yangmempelajari penerapan teknik komputasional untukmengelola dan menganalisis informasi biologis

• Bidang ini men!akup penerapan metode"metodematematika# statistika# informatika# fisika# biologi# dan ilmukedokteran untuk meme!ahkan masalah"masalah biologis#terutama dengan menggunakan sekuens D$% danasam 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 '$%# & analisis filogenetik# dan & analisis ekspresi gen

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 4/38

Pendahuluan

• Bioinformatika merupakan ilmu terapanyang lahir dari perkembangan teknologiinformasi dibidang molekular

• Pembahasan dibidang bioinformatik initidak terlepas dari perkembangan biologimolekular modern# salah satunya

peningkatan pemahaman manusia dalambidang genomi! yang terdapat dalammolekul D$%

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 5/38

atar Belakang Bioinformatika

• emajuan bioteknologi dan teknologi informasi

• Dilatarbelakangi oleh ledakan data (data

explosion) obser*asi biologi sebagai hasil yang

di!apai dari kemajuan bioteknologi Contohnyaadalah pertumbuhan pesat database D$% pada

+enBank +enbank adalah database utama

dalam biologi molekuler# yang dikelola oleh

$CBI (National Center for Biotechnology

Information) di %S

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 6/38

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 7/38

• emampuan untuk memahami dan memanipulasi kodegenetik D$% ini sangat didukung oleh teknologi informasimelalui perkembangan hard,are dan soft,are

• Baik pihak pabrikan sof,are dan har,are maupun pihak

ketiga dalam produksi perangkat lunak• Salah satu !ontohnya dapat dilihat pada upaya Celera

+enomi!s# perusahaan bioteknologi %merika Serikatyang melakukan pemba!aan sekuen genom manusiayang se!ara maksimal memanfaatkan teknologi

informasi sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam,aktu yang singkat (hanya beberapa tahun)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 8/38

Peluang Bioinformatika

• Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmukomputer berdasarkan artificial intelligence

• -ereka berpikir bah,a semua gejala yang ada di alamini bisa dibuat se!ara artifi!ial melalui simulasi dari

gejala"gejala tersebut• .ntuk me,ujudkan hal ini diperlukan data"data yang

yang menjadi kun!i penentu tindak"tanduk gejala alamtersebut# yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA

• Bioinformatika ini penting untuk manajemen data"datadari dunia biologi dan kedokteran modern

• Perangkat utama Bioinformatika adalah programsoft,are dan didukung oleh kesediaan internet

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 9/38

Teknologi D$% 'ekombinan

• Perkembangan teknologi D$% rekombinanmemainkan peranan penting dalam lahirnyabioinformatika

• Teknologi D$% rekombinan memun!ulkan suatupengetahuan baru dalam rekayasa genetikaorganisme yang dikenal dengan bioteknologi

• Perkembangan bioteknologi dari bioteknologitradisional ke bioteknologi modern salah

satunya ditandainya dengan kemampuanmanusia dalam melakukan analisis D$%organisme# sekuensing D$% dan manipulasiD$%

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 10/38

Sekuensing D$%

• Sekuensing D$% satu organisme# misalnyasuatu *irus memiliki kurang lebih /000nukleotida atau molekul D$% atau sekitar 11gen# yang telah berhasil diba!a se!ara

menyeluruh pada tahun 1233• emudian sekuen seluruh D$% manusia terdiri

dari 4 milyar nukleotida yang menyusun 100000gen dapat dipetakan dalam ,aktu 4 tahun#

,alaupun semua ini belum terlalu lengkap• Saat ini terdapat milyaran data nukleotida yangtersimpan dalam database D$%# +enBank di %Syang didirikan tahun 1256

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 11/38

Sejarah Bioinformatika

• 1270an8 penerapan bidang"bidang dalambioinformatika seperti pembuatan pangkalandata dan pengembangan algoritma untuk

analisis sekuens biologi• 1270an8 Pangkalan data sekuens protein mulaidikembangkan di %merika Serikat

• 1230an8 pangkalan data sekuens D$%

dikembangkan di %merika Serikat dan 9erman pada aboratorium Biologi -olekuler :ropa (European Molecular Biology Laboratory)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 12/38

• 1230an8 Penemuan teknik sekuensing D$% menjadilandasan terjadinya ledakan jumlah sekuens D$% yangdapat diungkapkan pada 1250an dan 1220an

• ;al ini menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek"

proyek pengungkapan genom# yang meningkatkankebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens# danpada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika

• 1250an8 Bioinformatika pertamakali dikemukakan untukmenga!u kepada penerapan ilmu komputer  dalambidang biologi Tepatnya# istilah Bioinformatika pertamakali diperkenalkan pada 1232 oleh Paulien ;oge,eg

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 13/38

• Perkembangan jaringan internet juga mendukungberkembangnya bioinformatika

• Pangkalan data bioinformatika yang terhubungkanmelalui internet memudahkan ilmu,an dalam

mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam pangkalandata tersebut serta memperoleh sekuens biologi sebagaibahan analisis

• Selain itu# penyebaran program"program aplikasi bioinformatika melalui internet memudahkan ilmu,andalam mengakses program"program tersebut dankemudian memudahkan pengembangannya

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 14/38

• emajuan ilmu Bioinformatika ini lebih

didesak lagi oleh genome proect 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

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 15/38

• Pada tahun 6001# genom manusia yang terdiri

dari 621 juta bp (base"pare# pasangan basa)

telah selesai diba!a <6=

• Baru"baru ini genom mikroba !lasmodiumpenyebab -alaria dan nyamuk "nopheles yang

menjadi *ektor mikroba tersebut juga telah

berhasil diba!a <4">=

• Dan masih banyak lagi gen"gen dari makhluk

hidup lainnya yang sudah dan sedang diba!a

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 16/38

• Pengorganisasian data yang ada sangat

berguna untuk analisis yang lebih baik

• Pekerja di bidang bioinformatika

memastikan informasi biologis tersedia#

melalui penga,asan kualitas#

pemeriksaan silang# dan standarisasi#

untuk selanjutnya bisa di!ari denganmudah

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 17/38

Istilah Biologi

• Biologi molekular 

• Sel

• D$%

• '$%

• +en

•-olekul• Protein

• +enom

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 18/38

Biologi molekular 

• -erupakan salah satu !abang biologiyang merujuk kepada pengkajianmengenai kehidupan pada skala molekul

• Ini termasuk penyelidikan tentanginteraksi molekul dalam benda hidup dankesannya# terutama tentang interaksi

berbagai sistem dalam sel# termasukinteraksi D$%# '$%# dan sintesis protein#dan bagaimana interaksi tersebut diatur

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 19/38

D$%

• Asam deoksiribonukleat# lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris8 d eoxyribonucleic acid )# adalah sejenisasam nukleat yang tergolong biomolekul utamapenyusun berat kering setiap organisme

• Di dalam sel# D$% umumnya terletak di dalam inti sel• Se!ara garis besar# peran D$% di dalam sebuah sel

adalah sebagai materi genetik? artinya# D$% menyimpan!etak biru bagi segala akti*itas sel

• Ini berlaku umum bagi setiap organisme• Di antara perke!ualian yang menonjol adalah beberapa jenis *irus (dan *irus tidak termasuk organisme) seperti;I@ (;uman Immunodefi!ien!y @irus)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 20/38

'$%

•  %sam ribonukleat (bahasa Inggris8ribonucleic acid #'$%) senya,a yangmerupakan bahan genetik dan

memainkan peran utamadalam ekspresi genetik Dalamdogma pokok (central dogma)genetika molekular # '$%menjadi perantara antara

informasi yang diba,a D$%dan ekspresi fenotipik yangdi,ujudkan dalam bentukprotein

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 21/38

+en

• Gen adalah unit pe,arisan sifat bagi organisme hidup• Bentuk fisiknya adalah urutan D$% yang menyandi suatuprotein# polipeptida# atau seuntai '$% yang memilikifungsi  bagi organisme yang memilikinya

• +en adalah bagian D$% yang bertugas untuk menentukan

kapan# dimana# seberapa banyak suatu protein diproduksi• elainan yang terjadi pada gen# akan menyebabkanketidaknormalan pada fungsi protein# dan pada gilirannyaberkaitan erat dengan mekanisme timbulnya penyakitpada seseorang

• arena itu analisa ekspresi gen ini merupakan informasipenting untuk mengetahui mekanisme timbulnya suatupenyakit# dan mendesain terapi medis yang tepat bagiseorang pasien

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 22/38

+en

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 23/38

Protein

• Protein adalah senya,a organik kompleks berbobot molekul tinggi yangmerupakan polimer dari monomer"monomer asam amino yang dihubungkansatu sama lain dengan ikatan peptida

• -olekul protein mengandung karbon# hidrogen# oksigen# nitrogen dankadang kala sulfur  serta fosfor 

• Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk

hidup dan *irus• ebanyakan protein merupakan enAim atau subunit enAim• 9enis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis# seperti

misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton• Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi# sistem

kendali dalam bentuk hormon# sebagai komponen penyimpanan (dalam biji)dan juga dalam transportasi hara

• Sebagai salah satu sumber giAi# protein berperan sebagai sumberasam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam aminotersebut (heterotrof)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 24/38

Sintesis Protein

• Sintesis protein adalah proses pen!etakanprotein dalam sel

• Sifat enAim (protein) sebagai pengendali dan

penumbuh karakter makhluk hidup ditentukanoleh jumlah jenis# dan urutan asam amino yangmenyusunnya

• 9enis dan urutan asam amino ditentukan oleh

 %D$ (%sam Dioksiribose $ukleat• Sintesis protein meliputi dua langkah# yaitu

transkripsi dan translasi

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 25/38

+enom

• Genom (Ing genome)# dalam genetika# adalah keseluruhanbahan genetik yang memba,a semua informasi pendukungkehidupan pada suatu makhluk hidup# baik yang merupakan gen atau bukan

• Pada semua makhluk hidup# genom men!akup semua informasigenetik yang diba,a D$%# baik di inti sel (nukleus)# mitokondria#maupun plastida

• @irus tertentu memiliki genom dalam bentuk '$%• Setiap spesies makhluk hidup memiliki paket genom yang berbeda"

beda# yang menjelaskan mengapa perka,inan silang antara duaspesies sering menghasilkan keturunan yang mandul (steril)

• Istilah ini diperkenalkan oleh ;ans inkler # seorang profesor dari.ni*ersitas ;amburg# 9erman pada tahun 1260# sebagai singkatan ( portmanteau) dari gene dan !hromosome

• ajian yang mempelajari bahan genetik se!ara keseluruhan inidikenal sebagai genomika (genomics)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 26/38

Pangkalan data

• Pada dasarnya data"data gen yang sudah ada ini bisamenekan banyaknya ,aktu dan biaya yang diperlukanuntuk menyelesaikan sebuah penelitian

• Sebagai !ontoh# untuk men!iptakan obat untuk penyakit

tertentu# seorang peneliti bisa memulai dengan melihatkarakteristik dan fungsi gen yang sudah ada dalam data#untuk kemudian dibandingkan dan diteliti lebih lanjut

• Daripada memulai dengan ribuan kemungkinan yangada# akan lebih menghemat ,aktu dan biaya bila penelitimemulai dengan yang memiliki kemungkinan berhasilpaling tinggi

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 27/38

Pangkalan data primer 

• Pangkalan data primer untuk sekuens asam nukleat saat ini adalah & +enBank (%merika Serikat)# & :-B (the :uropean -ole!ular Biology aboratory# :ropa)# dan & DDB9 (D$% Data Bank of 9apan# 9epang)

• etiga pangkalan data tersebut bekerja sama dan bertukar data se!araharian untuk menjaga keluasan !akupan masing"masing pangkalan data

• Sumber utama data sekuens asam nukleat adalah submisi (pengumpulan)langsung dari & peneliti indi*idual# & proyek sekuensing genom# dan & pendaftaran paten

• Selain berisi sekuens asam nukleat# entri dalam pangkalan data sekuens

asam nukleat pada umumnya mengandung informasi tentang &  jenis asam nukleat (D$% atau '$%)# & nama organisme sumber asam nukleat tersebut# dan & segala sesuatu yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat tersebut

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 28/38

• Selain asam nukleat# beberapa !ontoh pangkalan datapenting yang menyimpan sekuens primer protein adalahPI' (Protein Information 'esour!e# %merika Serikat)#S,iss"Prot (:ropa)# dan Tr:-B (:ropa)

• etiga pangkalan data tersebut telah digabungkandalam .niProt# yang didanai terutama oleh %merikaSerikat

• :ntri dalam .niProt mengandung informasi tentangsekuens protein# nama organisme sumber protein#pustaka yang berkaitan# dan komentar yang padaumumnya berisi penjelasan mengenai fungsi proteintersebut

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 29/38

Pangkalan data primer8 Genbank

• Genbank# dioperasikan oleh NCBI (National Center forBiotechnology Information) mengakomodasi semuapublikasi sequences of #N"# dengan annotations (penjelasan atau !atatan)# yang se!ara konstan akan

selalu berkembang dan diperbaharui$• Penjelasan meliputi identifikasi suatu gen# produk gen

(jika diketahui)# link informasi lain yang terkait dengansumber database lain

• $CBI berisi informasi dari sekuens D$% yang samadengan sekuens D$% dalam EMBL (EuropeanMolecular Biology Laboratory ) dan DDB (#N" #ataBan% of &apan)

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 30/38

Pangkalan data primer8 !MIM

• !MIM" ('nline Mendelian Inheritance in

Manoman)# adalah insiklopedia gen"

gen manusia dan penyakit genetik#

merupakan penghubung untuk entry  genpada +enBank dan literatur ilmiah pada

Pub-ed# berisi informasi berbagai gen

manusia komplit dan paling baru

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 31/38

Pangkalan data primer8 PDB

• PDB (!rotein #ata Ban% ) berisi semua

publisitas yang ada se!ara eksperimen

telah dideterminasi (oleh x*ray

crystallography dan NM+ ) sebagai modelstru!tural proteins dan asam nukleat

• Tidak berisi model homologi atau tipe

model teoritis lainnya

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 32/38

Pangkalan data primer8 Pub-ed

• Diskripsi pada ikipedia sebagai suatu kebebasanmengakses sititasi database -:DI$: dan abstrakartikel riset biomedik

• Subjek utama adalah riset di bidang kedokteran# danPub-ed juga mempublikasi bidang yang terkait denganbidang kedokteran# seperti kebidanan dan disipiinkesehatan lainnya

• ;al ini se!ara menyeIuruh meliputi keilmuan yangberhungan dengan ilmu seperti biokemia dan biologi sel

•Situs ini dita,arkan oleh the ,nited -tates NationalLibrary of Medicine di the National Institutes of .ealth sebagai bagian dari the Entre/ information retrie0alsystem$

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 33/38

Pangkalan data primer 8 .niProt

1noledgebase • #niProt Knowledgebase $S%iss&Prot and 'rEMBL(#

dioperasikan oleh SIB (-iss Institute of Bioinformatics)dan EBI (European BioinformaticsInstitute)# berisisebagian besar publikasi yang ada berupa sekuensprotein (bukan D$% atau '$%)

• Sekuens dalam -iss"!rot  dijelaskan se!ara manualdan menyediakan atau menghubungkan penggunadengan semua informasi publisitas yang berisi sekuenstersebut

• Seuen!es pada Tr:-B dikoleksi dan dijabarkanse!ara otomatis dari sekuens database# dan akanmembuat jalannya menuju S,iss"Prot# tetapi tidak hanyasetelah mereka se!ara manual menjabarkan -iss*!rotstandards

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 34/38

Situs Informasi database DNA"

RNA dan Protein

• $CBI8 ,,,n!binlmnihgo*

• :-B8 ,,,ebia!uk

• DDB98 ,,,ddbjniga!jp

• SISS"P'ET8,,,eFpasy!hGsprotGsprotHdetailshtml

• :$S:-B8 ,,,ensemblorg

• .ni*eristy California Santa CruA8genome!seu!s!edu

• -+D the 9a!kson ab8$informatics$ax$org  

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 35/38

Tools Bioinformatika 8 B%ST 

• Perangkat bioinformatika yang berkaitan erat denganpenggunaan pangkalan data sekuens Biologi ialahB%ST (Basic Local "lignment -earch 2ool )

• Penelusuran B%ST (BL"-2 search) pada pangkalandata sekuens memungkinkan ilmu,an untuk men!arisekuens baik asam nukleat maupun protein yang miripdengan sekuens tertentu yang dimilikinya

• ;al ini berguna misalnya untuk menemukan gen sejenispada beberapa organisme atau untuk memeriksakeabsahan hasil sekuensing atau untuk memeriksafungsi gen hasil sekuensing

•   %lgoritma yang mendasari kerja B%ST adalahpenyejajaran sekuens

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 36/38

Tools Bioinformatika 8 PDB 

• PDB (!rotein #ata Ban% # Bank Data Protein)

ialah pangkalan data tunggal yang menyimpan

model struktur tiga dimensi protein dan asam

nukleat hasil penentuan eksperimental (dengankristalografi sinar"# spektroskopi $-'# dan

mikroskopi elektron) PDB menyimpan data

struktur sebagai koordinat tiga dimensi yang

menggambarkan posisi atom"atom dalamprotein atau pun asam nukleat

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 37/38

Peluang Bioinformatika

• -asih banyak kendala dalam bioinformatika# di antaranyaadalah kesulitan untuk menemukan semua gen dariorganisme# mengidentifikasi dan menjelaskan tentanggen"gen tersebut# kesulitan dalam membandingkan

kemiripan D$%Gprotein yang ada# dan seterusnya• $amun semakin !anggihnya komputer membuatbioinformatika patut optimis

• arena komputer hanya bisa membuat data dan merekatidak memberikan ja,aban# dunia ini masih memerlukan

banyak orang yang mau dan mampu memberikan ja,aban atas persoalan biologis yang bermanfaat bagikehidupan di dunia

7/23/2019 Bioinformatika STTIF

http://slidepdf.com/reader/full/bioinformatika-sttif 38/38

Daftar Pustaka

•   bioinformatika*q$blogspot$com

• http8GG,,,unpada!id

• http8GGid,ikipediaorg