LAPORAN PRAKTIKUM REKAYASA GENETIKA 

 

 

 

LAPORAN VI (BIOINFORMATIKA) 

   

 

 

 

 

 

 

 

KHAIRUL ANAM P051090031/BTK 

 

 

 

 

BIOTEKNOLOGI SEKOLAH PASCASARJANA 

INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2010 

0 

 

 

1 

BIOINFORMATIKA 

 TUJUAN 

Tujuan praktikum ini adalah untuk : 

1. Menentukan  jenis  fragmen  DNA  atau  gen  berdasarkan  urut‐urutan  nukleotida  hasil 

sekuensing. 

2. Membuat  analisis  situs  restriksi,  kesamaan,  kemiripan  dan  filogenetik  berdasarkan  urut‐

urutan nukleotida. 

3. Menentukan ORF dan CDS (coding sequence) suatu fragmen DNA. 

4. Membuat deduksi asam amino dan membuat analisis kesamaan, kemiripan dan filogenetik 

tree berdasakan pada deduksi asam amino. 

5. Menentukan domain deduksi asam amino dan menginterpretasikan peran metabolismenya. 

6. Menentukan jenis protein/enzim berdasarkan pada nilai hidrofobisitasnya. 

TINJAUAN PUSTAKA 

Bioinformatika, sesuai dengan asal katanya yaitu "bio" dan "informatika", adalah 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. 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. Untuk mewujudkan hal  ini diperlukan data‐data yang yang menjadi kunci penentu  tindak‐tanduk gejala alam  tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA. Bioinformatika ini penting untuk manajemen data‐data dari dunia biologi dan  kedokteran modern.  Perangkat  utama Bioinformatika  adalah program  software dan didukung oleh kesediaan internet (Utama, 2002). 

Bioinformatika  adalah  organisasi  dan  analisis  komplek  data  yang  dihasilkan  dari  analisa molekuler  dan  teknik  biokimia. Disamping  itu  bioinformatika merupakan  teknologi  untuk  koleksi, peyimpanan analisis,  interprestasi, pelepasan dan aplikasi untuk  informasi biologi. Analisi dilakukan dengan  cara membandingkan  data  yang masuk  dengan  ribuan  data  lain  yang  tersedia  di  dalam pangkalan data (Nuswantara, 2000). 

Seiring  dengan  perkembangan  bioinformatika  yang  amat  pesat,  informasi‐informasi  baru dalam bidang ini terus bermunculan. Pangkalan data urutan DNA, RNA dan protein sangat berperan untuk mendukung  berbagai  kegiatan  penelitian  bioteknologi  termasuk menggali  berbagai  potensi biologis di tengah  beraneka ragamnya organisme (Nuswantara, 2000). Secara rutin para peneliti mengirimkan urutan‐urutan DNA, RNA atau asam amino kepada bank data dan  diolah  menurut  kebutuhan.  Hasil  yang  diperoleh  umumnya  berupa  analisis  kesamaan  dan 

 

 

 

2 

beberapa  jenis  statistik  dari  urutan  basanya  yang  dilakukan  secara  cepat  oleh  komputer  dengan membandingkan data yang di input dengan data yang disimpan oleh bank data (Nuswantara, 2000). Pada  suatu proyek penelitian biology molekuler  khususnya  yang berkaitan dengan analisis urutan DNA, RNA atau asam amino, esensi keberadaan bank data DNA sangat besar sehingga keberhasilan eksperiman  sangat  bergantung  pada  tersedianya  pangkalan‐pangkalan  data  ini.  Tanpa  pangkalan data urutan‐urutan DNA tidak dapat disimpulkan (Lewitter, 1987). 

Selain  analisa  kesamaan,  bank  data  biasanya menyediakan  pula  fasilitas  perangkat  lunak yang  dapat mengolah  DNA,  RNA  atau  protein menjadi  bentuk  dua  dimensi  hingga  struktur  tiga dimensi yang dapat diputar dan dilihat dari berbagai sudut (Lewitter, 1987). 

Analisis keragaman untuk asam nukleat dan protein dalam bentuk dendogram merupakan salah satu fasilitas lain dari bank data. Perangkat analisis lainnya adalah untuk pembuatan harr plot, peta  restriksi,  analisis  hidrofobisitas  suatu  protein  dan  masih  banyak  fasilitas  lain  yang  dapat mempermudah kerja seorang peneliti (Nuswantara, 2000). 

Sekuen sebagian digunakan untuk menemukan potensi homolog yang akan digunakan untuk menduga  fungsi  dari  query  sekuen  yang  merupakan  target  sekuen  yang  dibutuhkan  untuk menganalisis atau untuk membantu dalam permodelan pada struktur 3 dimensi (Rashidi and Lukas, 2000). 

Setelah  informasi terkumpul dalam database,  langkah berikutnya adalah menganalisa data. Pencarian  database  umumnya  berdasar  hasil  alignment/pensejajaran  sekuen,  baik  sekuen  DNA maupun  protein.  Metode  ini  digunakan  berdasar  kenyataan  bahwa  sekuen  DNA/protein  bisa berbeda sedikit tetapi memiliki fungsi yang sama. Misalnya protein hemoglobin dari manusia hanya sedikit  berbeda  dengan  yang  berasal  dari  ikan  paus.  Kegunaan  dari  pencarian  ini  adalah  ketika mendapatkan  suatu  sekuen  DNA/protein  yang  belum  diketahui  fungsinya  maka  dengan membandingkannya  dengan  yang  ada  dalam  database  bisa  diperkirakan  fungsi  daripadanya. Algoritma  untuk  pattern  recognition  seperti Neural Network, Genetic  Algorithm  dll  telah  dipakai dengan  sukses  untuk  pencarian  database  ini.    Salah  satu  perangkat  lunak  pencari  database  yang paling berhasil dan bisa dikatakan menjadi  standar  sekarang adalah BLAST  (Basic  Local Alignment Search  Tool).  Perangkat  lunak  ini  telah  diadaptasi  untuk melakukan  alignment  terhadap  berbagai sekuen  seperti  DNA  (blastn),  protein  (blastp),  dsb.  Baru‐baru  versi  yang  fleksibel  untuk  dapat beradaptasi  dengan  database  yang  lebih  variatif  telah  dikembangkan  dan  disebut Gapped  BLAST serta  PSI  (Position  Specific  Iterated)‐BLAST.  Sementara  itu  perangkat  lunak  yang  digunakan  untuk melakukan alignment terhadap sekuen terbatas di antaranya yang lazim digunakan adalah CLUSTAL dan CLUSTAL W (Witarto, 2002).  

 

 

 

3 

BAHAN DAN METODE KERJA 

Bahan 

Urut‐urutan DNA hasil sekuens, data urutan DNA dan protein di GenBank, perangkat lunak di 

GenBank dan beberapa website, BioEdit versi 7.0.0 dan Treecon. 

Metode 

Penyiapan Data Format FastA 

1. Notepad dibuka melalui ”Start”   “All Program”   “Accessories”   “Notepad”  

2. Data urutan DNA hasil sekuensing dipindahkan ke program “Notepad” tersebut dengan cara 

mengkopi dan paste. 

3. Data diatur dalam format fastA sebagai berikut : 

  > nama urutan DNA 

    ATGC...dst (urutan hasil sekuensing DNA) 

4. File disimpan dan diberi nama. 

Penyejajaran DNA dengan data DNA di GenBank  

1. Ketik  http://www.ebi.ac.uk  untuk  website  GenBank  UniEropa  (EMBL), 

http://www.ncbi.nlm.nih.gov  untuk  website  GenBank  Amerika  Serikat, 

http://www.ddbj.nig.ac.jp untuk website GenBank Jepang (DDBJ).  

2. Pada website EMBL, diklik ”tools”   klik ”similarity and homology”   klik Blast2‐NCBI 

3. Pada opsi ”DATABASE” diubah dari ”protein” menjadi ”nucleic acid”. 

4. Urutan  DNA  hasil  sekuensing  dimasukkan  ke  form  dalam  program  tersebut  dengan  cara 

memblok data sekuens (dalam format fastA) dan dicopy paste pada form yang tersedia, atau 

dengan meng‐upload file sekuens DNA (dalam notepad file) dengan mengklik “choose”. 

5. Setelah data berhasil diupload, klik “RUN Blast” dan ditunggu hasilnya. 

6. Hasil menunjukkan kesejajaran DNA hasil sekuens kita dengan jenis atau gen pada GenBank.  

7. Identitas  hasil  kesejajaran  dicatat  sebagai  kata  kunci  (keyword)  pada  tahap  analisis 

kekerabatan urutan DNA maupun pembuatan pohon filogenetik. 

 

Analisis Kekerabatan Urutan DNA dan Pembuatan Pohon Filogenetik  

1. Ketik http://www.ebi.ac.uk/srs enter. 

2. Klik ”library page” dan pada window library page ini dipilih database yang diperlukan, contoh 

EMBL (coding sequence) ditandai (√) pada menu ”nucleotida sequence”  

3. Klik ”Query Form” dan tunggu. 

 

 

 

4 

4. Pada kolom yang disediakan dimasukkan kata kunci hasil blast dan kata kunci  lain  seperti 

nama tingkatan taksonomi yang akan dibandingkan dengan hasil sekuens kita. Klik ”search”. 

5. Ditampilkan data urutan‐urutan DNA sesuai dengan kata kunci yang kita masukkan. Jumlah 

tampilan yang sesuai dengan sekuens DNA kita ditunjukkan dengan angka yang terlihat pada 

bagian  atas hasil.  Jumlah  tampilan  yang  dapat  dilihat  dalam  satu  tampilan  dapat  dirubah 

dengan mengubah jumlah angka ”show” pada ”Display Option” 

6. Dipilih beberapa aksesi sesuai dengan tujuan analisis. Pada DNA yang dipilih ditandai dengan 

(√).  

7. Untuk  menampilkan  format  FastA  pada  hasil,  pada  opsi  ”Display  Option”  diganti  dari 

”EMBLCDSSeqSimpleView” menjadi ”FastaSeqs” kemudian klik ”Apply Display Option”. 

8. Semua aksesi yang muncul diblock, dicopi dan dipaste di bawah urutan DNA kita. 

9. Format  fastA DNA  kita dan  sekuens‐sekuens DNA  yang berkerabat dengannya diatur agar 

rapi, komunikatif dan dapat dibaca oleh program filogenetik tree. 

 

Pembuatan Pohon Filogenetik dengan MAFFT version 6.0  

1. Diketik website : http://align.bmr.kyushu‐u.ac.jp/mafft/online/server/  

2. Data aksesi urutan DNA kita dan kerabatnya dimasukkan ke dalam form yang tersedia dalam 

format fasta. 

3. Diklik “submit” dan ditunggu. 

4. Diklik “phylogenetic tree”  

5. Diklik “GO” 

6. Ditandai (√) pada ”NJ  conserved sites (61 nuc)” 

7. Diklik (√) ON pada ”Bootstrap” dan diklik ”GO” 

8. Filogenetic Tree tampil jika pada PC atau laptop telah diinstal “java”. 

 

Analisis Urutan DNA dan Enzim Restriksi yang berperan 

1. Diketik website : http://tools.neb.com/NEBcutter2/index.php  

2. Dimasukkan data hasil sekuens DNA kita dengan namanya. 

3. Diklik “submit” dan ditunggu. 

4. Ditampilkan peta situs enzim restriksi yang dapat digunakan untuk memotong urutan DNA 

kita. 

Analisis Deduksi Protein dari urutan DNA 

1. Diketik website : http://www.expasy.org/tools/  

 

 

 

5 

2. Pada opsi “DNA   Protein” diklik “Translate”  

3. Urutan DNA  dalam  format  fastA  dimasukkan  ke  dalam  form  dengan  cara  copi  dan  paste  

atau upload.  

4. Diklik ”Translate”  

5. Dimasukkan urutan DNA hasil  sekuens kita  (tanpa nomor dan nama urutan DNA) dan klik 

”Translate Sequence” 

6. Terdapat  beberapa  frame  hasil  translasi  (urutan  asam  amino). Dipilih  hasil  translasi  yang 

mempunyai  kesejajaran  yang  tinggi  dengan  database  protein,  biasanya  yang mempunyai 

urutan asam amino panjang diawali dengan ”Met” dan diakhiri dengan ”Stop”. 

7. Dilakukan analisis kekerabatan dan pembuatan pohon filogenetik pada urutan asam amino 

seperti pada asam nukleat. 

 

Analisis Domain Protein pada Program Prosite  

1. Diketik website : http://www.expasy.org/tools/  

2. Diklik “PROSITE” pada bagian atas website. 

3. Dimasukkan urutan asam amino yang diperoleh dari hasil translate urutan sekuens DNA kita 

dengan cara copi dan paste ke form yang tersedia, dimulai dari “Met” dan diakhiri dengan 

“Stop”. 

4. Unklik (√) “Exclude” sehingga tanda (√) hilang. 

5. Diklik “Scan” dan ditunggu hasilnya.  

6. Diperoleh hasil yang siap untuk dianalisis.  

 

Analisis Hidrofobisitas Protein Menggunakan Metode Kyte‐Doolittle 

1. Diketik website : http://gcat.davidson.edu/rakarnik/KD.html (Kyte Doolittle Homepage) 

2. Diklik ”perform a Kyte‐Doolittle for hydropathy plot on your sequence”. 

3. Dimasukkan urutan asam amino yang kita miliki ke dalam form yang telah disediakan. 

4. Diklik “Submit” dan ditunggu hasilnya. 

5. Diperoleh hasil yang siap untuk dianalisis. 

 

 

 

 

6 

HASIL DAN PEMBAHASAN  Hasil 

Dari hasil praktikum yang  telah diacarkan maka kami diberikan  tugas untuk mencari  salah 

satu  jenis sekuen dan membuat primernya. Berdasarkan hal tersebut diatas maka pada  laporan  ini 

saya menggunakan sekuen dari enzim hydrogenase yang diambil dari Eschercia coli sejumlah 1740 

bp  dan membandingkannya  dengan  3  jenis  enzim  hydrogenase  pada  E.  coli  dengan  strain  yang 

berbeda yang data sekuennya terdapat di bankdata dengan maksud untuk tujuan tersebut diatas.  

Dengan  memasukkan  kata  kunci  hydrogenase  pada  http://www.ebi.ac.uk  maka  akan 

didapatkan  14.435 sekuen yang berkenaan dengan hydrogenase. Kemudian dipilih salah satu untuk 

diakses  sekuensnya.  Pada  praktikum  ini  dipilih  M28369:  E.  coli.  sebagai  ‘unknown  sequence’, 

tampilan http://www.ebi.ac.uk dapat dilihat pada gambar 1.  

 

>ENA|M28369|M28369  Escherichia  coli  hydHG  operon  regulating  labile  hydrogenase  activity.  : Location:1..1000 ggtaagtcaggatgcaaacagccgggagatccagttacgctttaccgccaacgacacatt accggaaattcaggccgacccggacaggctgactcaggtcgtgttgaatctctatctcaa tgctattcaggcgattggtcagcatggcgtgattagcgtgacggccacgaaagccggcgg ggtaaaaatcagcgttaccgacagcggtaagggaattgcggcagatcagcttgatgccat cttcactccgtacttcaccactaaagccgaaggcaccggattggggctggcggtcgtgca taatattgttgaacaacacggtggtacaattcaggtcgcaagccaggagggaaaaggctc aacgttcaccctctggcttccggtcaatattacgcgtaaggacccacaaggatgacgcac gataatatcgatattctggtggtggatgatgacattagccactgcactattttgcaggct ttactgcgcggctggggctataacgtcgcgctggcgaacagcgggcgacaggcgttggag caggtgcgggaacaggtttttgatcttgtgctttgcgatgtgcgaatggcggagatggac ggcatcgccacgctgaaagagatcaaagcgttaaacccggcaattccggtgctgattatg actgcgtactccagcgtcgagacggcggtagaggcactgaaaactggggcgctggattat ctcatcaagccgctggatttcgataacctacaggcgacgtggaaaaagcgctcgcatacg cacagtattgatgctgaaacacctgcggtgactgccagccagttcggtatggtcggtaaa agcccggcgatgcaacacctgctcagtgaaatcgccctcgtcgcgccatgcgaagccacg gtactgatccacggcgattcggcacgtaaagagctggtcgccaggggacttcacgccagt agcgcacgtagcgaaaaaccgctggtaacgctcaactgtg  

Gambar 1.  Sekuens  dari dipilih M28369 sebagai ‘unknown sequence’ yang akan dibandingkan 

 

Kemudian sekuen ini dikopi dari http://www.ebi.ac.uk ke notepad. Lalu dicari sekuen lainnya 

dengan memanfaatkan NCBI blast. Dari  situs  tersebut diperoleh  kode‐kode  sekuen  yang memiliki 

kemiripan dengan M28369 yang juga berasal dari E. coli. Maka dipilihlah tiga kode yang sama‐sama 

berasal dari E. coli. 

 

 

 

 

7 

Dari kode‐kode tersebut, dimasukkan ke dalam sistem pencari di http://www.ebi.ac.uk maka 

diperoleh sekuen‐sekuen yang dibutuhkan. Sekuen‐sekuen  tersebut dikopi  lalu dipasta di notepad. 

Dengan  program  bioedit  maka  diperoleh  bahwa  data  tersebut  tidaklah  conserve  terhadap 

sesamanya. Oleh karena itu perlu dilakukan desain primer dengan memperhatikan hal‐hal berikut: 

‐  Tm‐nya 

‐  %GC lebih baik kalo sekitar 50%, karena kalau terlalu banyak AT maka Tm akan turun/rendah 

‐  Dimer, antara primer F dan R tidak boleh komplemen, bisa  saling menempel, sehingga primer tidak 

efektif. Selain itu, di dalam primernya sendiri tidak boleh ada dimer 

‐  Komplemen antar primer dan intra primer 

 

Apabila  dipilih  sekuen  berikut  sebagai  primer  Forward  yaitu  GCWATTSCGGTGCTGAYTAT, 

sekuen  yang  berasal  dari    daerah  bp  600‐an,  maka  dari  sekuen  tersebut  akan  dihasilkan 

mRNA.sedangkan  untuk  sekuen  reversenya merupakan  komplemen  dari mRNA,  sehingga  dibuat 

komplemennya agar diperoleh sekuen sebagai mRNA. Maka urutanya dari urutan  (daerah bp 800‐

an)  TTTCACTGAGCAGGTGTTGC  diperoleh  primer  reversenya  adalah  AAWGTGACTSGTCCACWACG. 

Primer‐primer  ini didesain  karena daerah dalam gen antara organism  yang  satu dengan  yang  lain 

tidak conserve. 

 

Pembahasan 

Maka  untuk  mengisolasi  gen  hydrogenase  dari  E.  Oli  dapat  digunakan  primer  sebagai 

berikut,  dimana  primer  F  adalah  GCWATTSCGGTGCTGAYTAT  dan  primer  R  adalah 

AAWGTGACTSGTCCACWACG. Apabila dianalisa %GCnya maka akan diperoleh Tm = 2 (A+T) + 4 (G+C) 

= 2 (4+7) + 4 (5+4) = 22 + 36 = 58 sedangkan untuk reversenya diperoleh Tm = 2 (7+3) + 4 (4+6) = 20 

+ 40 = 60. Maka diperoleh suhu annealing dari primer‐primer tersebut adalah antara 58‐60°C.  

Ketika akan melakukan  isolasi gen hydrogenase yang berasal dari E. coli, maka bahan dan 

kondisi PCR nya dapat dilakukan  sebagai berikut: Komposisi PCR  terdiri dari 1 ul dNTP, 0,5 ul  taq 

polymerase,  1  ul  buffer  mix,  0,4  ul  DMSO,  1,5  ul  cDNA,  0,5  ul  primer  hyd  F 

GCWATTSCGGTGCTGAYTAT,  0,5  ul  primer  hyd  R  AAWGTGACTSGTCCACWACG  dan  ddH2O  hingga 

volume 10 ul. PCR dilakukan pada kondisi Pra PCR (predenaturasi) pada suhu 94oC selama 5 menit, 

denaturasi  pada  suhu  94oC  selama  30  detik,  annealing  (penempelan)  pada  suhu  58oC  selama  30 

detik, pemanjangan 72oC selama 1 menit, pasca PCR 72oC selama 5 menit, pendinginan pada suhu 

15oC selama 15 menit. Semua proses di atas dilakukan sebanyak 30 siklus.  

 

 

 

 

8 

SIMPULAN 

1. Dengan memahami bagaimana mendesain primer maka dapat diketahui bagaimana cara 

untuk mengisolasi sebuah gen dari suatu organisme yang sekuennya belum kita ketahui 

dengan memanfaatkan bank data yang sudah ada di internet.  

2. Setelah mengetahui  primer  yang  dibutuhkan, maka  dicari  pula  suhu  annealing  yang 

tepat untuk proses penempelan primer pada gen target. 

3. Untuk  sekuen  yang  informasinya  masih  kurang  pada  suatu  organism,  maka  untuk 

mengisolasinya perlu menggunakan primer yang tidak terlalu spesifik. 

 

DAFTAR ACUAN 

Lewitter F1 1987 Online use of the GenBank Genetik Seguence Data Bank. Development in Industrial Microbiology. Vol. 27 Journal of Industrial Microbiology Suppl. No. 1  

Nuswantara S. 2000. Internet untuk biologi molekuler. Warta Biotek Vol.14 No 2 Juni 2000.  

Rashidi, H.H. &  L.K. Buehler.   2000.   Bioinformatics Basics.   Applications  in Biological  Science and Medicine. CRC Press.  London.  pp 173.   

Utama, A. 2003. Peran Bioinformatika dalam Dunia Kedokteran. Ilmu Komputer. Jakarta.  

Witarto,  AB.  2003.  Bioinformatika  Mengawinkan  Teknologi  Informasi  dengan  Bioteknologi.  Ilmu Komputer, Jakarta.   

 

 

 

9 

LAMPIRAN 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 

 

 

 

 

 

 

 

 

14 

 

 

 

 

 

 

 

15