Bio-Informatika di Dunia Budidaya

              Perairan laut menawarkan sumber daya alam yang melimpah dan beragam. Hal ini menunjukkan potensi nya yang besar dalam penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan. Pada umumnya organisme laut mengundang daya tarik ilmiah karena mempunyai fenomena yang unik. Enzim dari mikroorganisme yang tahan panas mulai dikembangkan untuk industri fermentasi dan bioteknologi karena menawarkan sejumlah keuntungan yang menarik Pendekatan yang mendasar untuk mencapai sasaran utama adalah menelusuri dan memanipulasi mekanisme molukuler yang melatarbelakangi pembentukan suatu produk target guna memperoleh berbagai turunan produk yang lebih berkualitas. Pemahaman terhadap mekanisme molekuler tersebut adalah dgn mejajaki dan mengetahui lokasi dan fungsi gen-gen yang berperan melalui pendekatan Genomika Fungsional.

Genomika Fungsional merupakan cabang genetika yang ditujukan untuk mengungkapkan peta dan fungsi keseluruhan gen, termasuk didalam gen-gen yang berperan didalam pembentukan suatu produk hayati. Pada prinsip nya mempelajari fungsi genom melalui genomika fungsional dapat ditempuh dengan 3 tingkatan molekuler yang saling melengkapi, yaitu :
1. Anotasi Genom, yaitu mengidentifikasi gen-gen pada suatu genom, yang kemudian menganalisis letak dan fungsi-fungsi gen-gen tersebut.

2. RNA (Transkriptomika), yaitu menguji seluruh transkrip (produk transkrip gen) yang dihasilkan oleh suatu genom.

3. Proteomika, yaitu menguji suatu protein (produk translasi RNA) yang dihasilkan oleh suatu genom.

Anotasi Genom menggunakan berbagai perangkat lunak komputer. Meluasnya penggunaan perangkat-perangkat lunak untuk anotasi genom di seluruh dunia telah mendorong lahirnya suatu bidang ilmu baru yang disebut dengan "BIOINFORMATIKA". 

              Bioinformatika pada prinsipnya merupakan penggabungan antara pengetahuan biologi molekuler, matematika, dan ilmu komputer untuk memanejemen dan menganalisa data genom/ DNA dan protein. Dalam bioteknologi kelautan, pendekatan bioinformatika dapat digunakan untuk memprediksi fungsi gen dari suatu organisme laut dan sifat-sifat protein yang disandinya.

             Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan 1970an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang dapat diungkapkan  pada 1980-1990an. Hal ini menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, yang meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika.

              Pangkalan data utama untuk sekuens asam nukleat saat ini adalah (Amerika Serikat), (the European Molecular Biology Laboratory, Eropa), dan (DNA Data Bank of Japan, Jepang). Ketiga pangkalan tersebut bekerja sama  dan bertukar data secara harian untuk menjaga keluasan cakupan masing-masing pangkalan data. Sumber utama data sekuens asam nukleat adalah submisi (pengumpulan) langsung dari peneliti individual, 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 (DNA dan RNA), nama organisme sumber asam nukleat tersebut, dan segala sesuatu yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat tersebut.

Beberapa bioteknologi yang telah diaplikasikan pada bidang akuakultur adalah :

1. Teknologi Ekspresi Protein

Banyak produk sebagai contoh hormon, gonadotropin dan enzim telah digunakan dalam akuakultur . Ekspresi antigen untuk pengembangan vaksin mewakili pula kegiatan dalam bidang ini.

 

  

2. Mikrosatelit, RFLP, Analisis QTL

Teknologi tersebut digunakan untuk identifikasi stok, seleksi dalam kegiatan breeding, dan mengidentifikasi gen yang penting dalam akuakultur seperti pertumbuhan dan resistensi terhadap penyakit. Pemetaan dan karakerisasi gen semakin dipermudah dengan adanya teknologi QTL (Quantitative Trait Loci)

3. Vaksin DNA

Kegiatan ini melibatkan penggunaan DNA untuk mengekspresikan antigen dalam inang sebagai bagian dari proses vaksinasi. Ketika di uji tantang dengan virus IHNV, hampir 100% ikan dengan perlakuan teknologi ini selamat dan perlakuan kontrol 85-90% mengalami kematian.  

 

4. Chip DNA

Teknologi ini berkembang pesat dan telah diaplikasikan untuk ekspresi gen, pemetaan, penemuan gen, diagnosa genetik.

5. Proteomics

Proteomic adalah ilmu yang mempelajari sifat protein. Sebagai contoh untuk mengetahui proses yang menyebabkan penyakit, meneliti proses-proses dalam sel, networking pada skala protein. Teknologi ini bisa mengidentifikasi protein yang dapat berperan untuk penemuan obat, theurapeutics dan lainnya.

 

6. Teknologi Transgenik

Dalam bidang akuakultur teknologi ini berguna untuk meningkatkan laju pertumbuhan ikan, mengatur kematangan gonad, diferensiasi sex dan sterilitas, meningkatkan resistensi terhadap pathogen, mengadaptasi ikan terhadap lingkungan baru, merubah karakteristik biokimia dari daging ikan sehingga menciptakan rasa daging yang diinginkan, mengubah jalur metabolisme sehingga terjadi efisiensi pakan.

            Perangkat bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan pangkalan data sekuens biologi ialah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Penelusuran BLAST  pada pangkalan data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens baik asam nukleat maupun protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimilikinya. Hal ini berguna misalnya untuk menemukan gen sejenis pada beberapa organisme atau untuk memeriksa keabsahan hasil sekuensing atau untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuensing, Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.



Sumber :
               * Groenen, M.A.M. 2003. Geonomics. A Teaching Module. Wageningen University.

* Blogspot.com. 2010. Teknologi Hasil Perikanan. diakses melalui http://teknologi hasil perikanan-unsri. blogspot.com. pada 17 November 2011

             * Wordpress. 2006. Akuakultur. diakses melalui  http://akuakultur.wordpress.com/2006. pada 17 November 2011

National Center for Biotechnology Information (NCBI)

National Center for Biotechnology Information (NCBI)

adalah bagian dari Amerika Serikat National Library of Medicine (NLM), sebuah cabang dari National Institutes of Health. Para NCBI terletak di Bethesda, Maryland dan didirikan pada tahun 1988 melalui legislasi disponsori oleh Senator Claude Pepper.

NCBI merupakan suatu institusi yang menyediakan sumber informasi terkait perkembangan biologi molekuler. Senator akhir Claude Pepper mengakui pentingnya metode pengolahan informasi terkomputerisasi untuk melakukan penelitian biomedis dan undang-undang yang disponsori yang didirikan pada bulan November, 1988, National Center for Biotechnology Information (NCBI) di National Library of Medicine (NLM). NLM itu dipilih untuk pengalaman dalam menciptakan dan memelihara database biomedis, dan karena sebagai bagian dari Institut Kesehatan Nasional (NIH), bisa membangun program penelitian intramural komputasi dalam biologi molekular.

Sejak tahun 1992, NCBI telah berkembang untuk menyediakan database lain selain GenBank. NCBI menyediakan Warisan Mendel Online di Man, Database Modeling Molekuler (struktur protein 3D), dbSNP database polimorfisme nukleotida tunggal, Koleksi Gene Urutan unik Manusia, Peta Gene dari genom manusia, Browser Taksonomi, dan koordinat dengan National Cancer Institute untuk menyediakan Proyek Genome Kanker Anatomi. Para NCBI memberikan pengenal unik (nomor ID Taksonomi) untuk setiap spesies organisme.     

Misi National Center of Biotechnology Information

adalah untuk mengembangkan teknologi informasi baru untuk membantu dalam pemahaman proses molekuler dan genetik yang mendasar yang mengontrol kesehatan dan penyakit. Mandatnya mencakup empat tugas utama:     1. Lakukan penelitian metode canggih berbasis komputer pengolahan informasi untuk menganalisis   struktur dan fungsi molekul biologis penting.    2. Membuat sistem otomatis untuk menyimpan, mengambil, dan menganalisis pengetahuan tentang biologi molekuler, biokimia, dan genetika.    3. Memfasilitasi penggunaan database dan perangkat lunak oleh para peneliti bioteknologi dan tenaga medis. 4.  Mengkoordinasikan upaya untuk mengumpulkan informasi di seluruh dunia bioteknologi.

NCBI memiliki kelompok multi-disiplin penelitian terdiri dari ilmuwan komputer, ahli biologi molekular, matematikawan, ahli biokimia, dokter penelitian, dan ahli biologi struktural berkonsentrasi pada penelitian dasar dan terapan dalam biologi molekular komputasi. Ini peneliti tidak hanya membuat kontribusi penting untuk ilmu pengetahuan dasar, tetapi juga mengembangkan metode baru untuk kegiatan penelitian terapan. Bersama-sama mereka sedang mempelajari masalah biomedis mendasar di tingkat molekul menggunakan metode matematika dan komputasi.  

Sebuah contoh kepentingan pnelitian meliputi: deteksi gen dan analisis organisasi gen, pola urutan berulang, domain protein dan elemen struktural; penciptaan peta gen dari genom manusia, pemodelan matematika kinetika infeksi HIV, analisis efek sekuensing kesalahan untuk mencari database; pengembangan algoritma baru untuk mencari database dan beberapa sequence aligment, konstruksi non-berlebihan urutan database, model matematika untuk estimasi signifikansi statistik kesamaan urutan, dan model vektor untuk pencarian teks. Selain itu, peneliti NCBI memelihara kolaborasi berkelanjutan dengan beberapa lembaga dalam NIH dan juga dengan berbagai laboratorium penelitian akademis dan pemerintah.

Beberapa bagian-bagian  dari NCBI, antara lain :

• BLAST adalah program untuk mencari kesamaan urutan dikembangkan di NCBI dan berperan dalam mengidentifikasi gen dan fitur genetik. BLAST dapat mengeksekusi pencarian urutan terhadap database seluruh DNA dalam waktu kurang dari 15 detik. Perangkat lunak tambahan yang disediakan oleh NCBI meliputi: Membaca Buka Bingkai Finder (ORF Finder), Elektronik PCR, dan alat-alat urutan penyerahan, payet dan BankIt. Semua database NCBI dan alat-alat perangkat lunak yang tersedia dari WWW atau FTP. NCBI juga memiliki server email yang menyediakan cara alternatif untuk mengakses database untuk mencari teks atau mencari urutan kesamaan.
  5 program utama Blast, yaitu:
  1. nucleotide blast (blastn) : membandingkan suatu sekuen nukleotida meragukan (query sequence) yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida.
  2.  protein blast (blastp) : membandingkan suatu sekuen asam amino yang kita miliki dengan database sekuen protein.
  3 . blastx : membandingkan produk translasi konsep 6‐frame sebuah sekuen nukleotida yang kita miliki dengan database sekuen protein.
  4. tblastn : program baris perintah yang mengotomatisasi pembuatan catatan urutan untuk diserahkan kepada GenBank. Ia menggunakan banyak fungsi yang sama seperti sequin tetapi umumnya didorong oleh file data. Tblastn menghasilkan file Sequin untuk diserahkan ke GenBank.
  5. tblastx : membandingkan suatu translasi 6 frame dari nukleotida.
  
  
  
  
  
  
• ENTREZ
  Entrez adalah pencarian NCBI dan sistem pencarian yang memberikan pengguna dengan akses terpadu untuk urutan, pemetaan, taksonomi, ekspresi, dan data struktural. Entrez juga menyediakan pemandangan grafis dari urutan dan peta kromosom. Dua fitur canggih dan unik dari Entrez adalah kemampuan untuk mengambil urutan terkait, struktur, dan referensi dari pra-dihitung pencarian kesamaan, dan menyediakan akses terintegrasi di berbagai database. Fitur permintaan Entrez global yang menyediakan kemampuan mencari subset dari database Entrez pada satu waktu. Database Entrez Gene adalah sumber daya yang berbasis gen memasok koneksi untuk berbagai data.
  
  Database literatur Entrez menyediakan pengguna dengan sejumlah besar informasi di ujung jari mereka. Literatur jurnal tersedia melalui PubMed ®, pencarian web antarmuka yang menyediakan akses ke 12 juta kutipan dalam MEDLINE jurnal dan berisi link ke teks lengkap artikel di situs Web penayang yang berpartisipasi '. PubMed Central, sebuah arsip digital full-teks literatur ilmu kehidupan jurnal, menyediakan akses ke lebih dari 200.000 teks lengkap artikel jurnal dari lebih dari 140 jurnal. Warisan online Mendel di Man (OMIM) adalah sebuah katalog gen manusia dan kelainan genetik dan database Buku berisi lebih dari 30 buku elektronik.
  
  
  

  

  • PUBMED
    PubMed Central (PMC) adalah arsip bebas dari biomedis dan kehidupan ilmu sastra jurnal di US National Institutes of Perpustakaan Nasional Kedokteran Kesehatan (NIH / NLM). Sesuai dengan mandat legislatif NLM untuk mengumpulkan dan melestarikan literatur biomedis, PMC berfungsi sebagai mitra digital untuk koleksi jurnal yang ekstensif NLM cetak. Diluncurkan pada bulan Februari 2000, PMC dikembangkan dan dikelola oleh Pusat Nasional untuk NLM Biotechnology Information (NCBI). PubMed terdiri lebih dari 21 juta kutipan untuk literatur biomedis dari MEDLINE, jurnal ilmu kehidupan, dan buku secara online. Kutipan dapat menyertakan link ke teks lengkap konten dari PubMed Tengah dan situs web penerbit. 
    

    
    

    

    
    
  • 
    

    NUCLEOTIDE DATABASE

    Nukleotida Database adalah kumpulan urutan dari beberapa sumber, termasuk GenBank, RefSeq, TPA dan PDB. Genom, gen dan transkrip data sekuens memberikan dasar untuk penelitian biomedis dan penemuan.
    
    
    
    
    
    
    
  • 
    

    GENBANK

    GenBank adalah database komprehensif yang berisi urutan nukleotida publik tersedia untuk lebih dari 380.000 nama organisme pada tingkat genus atau lebih rendah, diperoleh terutama melalui pengajuan dari laboratorium individu dan pengiriman batch dari proyek-proyek berskala besar sekuensing, termasuk senapan seluruh genom (WGS) dan lingkungan sampel proyek. Pengiriman Kebanyakan dibuat menggunakan BankIt berbasis web atau program payet mandiri, dan nomor aksesi ditugaskan oleh staf GenBank pada saat diterima. Harian pertukaran data dengan Arsip Nukleotida Eropa (ENA) dan DNA Data Bank of Japan (DDBJ) memastikan cakupan seluruh dunia. GenBank dapat diakses melalui sistem pengambilan Entrez NCBI yang mengintegrasikan data dari database DNA utama dan protein urutan bersama dengan taksonomi, genom, struktur pemetaan, protein dan informasi domain, dan literatur jurnal biomedis melalui PubMed. BLAST menyediakan pencarian kesamaan urutan dan database GenBank urutan lainnya.
    
    
  • 
    

    HOMOLOGI PROTEIN

    Homologi dipakai di bidang genetika bagi gen yang memiliki kemiripan urutan (sekuens) basa DNA. Gen-gen yang homolog memiliki banyak sekuens basa yang mirip, yang bila diekspresikan dapat menghasilkan protein yang serupa dalam struktur dan fungsinya. Gen-gen homolog ini, bila berasal dari spesies yang berbeda-beda, akan membentuk keluarga gen (gene family) atau keluarga-besar gen (gene superfamily). Apabila variasi sekuens ini menghasilkan protein dengan fungsi berbeda atau tidak berfungsi, ia akan disebut sebagai alel. Dari pengertian homologi ini kemudian diturunkan berbagai istilah yang menggambarkan derajat kemiripan atau kejadian kemiripan ini.
    Kromosom yang homolog adalah kromosom yang berpasangan (sinapsis) pada waktu proses meiosis (pada profase I) terjadi. Pemasangan ini terjadi akibat kedua kromosom tersebut memiliki kesamaan (tetapi tidak identik) pada urutan basanya. Oleh sebab itu diperlukan penelitian mengenai homologi protein antar‐organisme sehinga dapat dibandingkan kemiripan asam amino yang menyusun protein. Melalui program blastp pada situs NCBI dapat dilakukan pencarian protein homolog dari berbagai macam organisme Protein Database adalah kumpulan urutan dari beberapa sumber, termasuk terjemahan dari daerah pengkodean beranotasi di GenBank, RefSeq dan TPA, serta catatan dari SwissProt, PIR, PRF, dan PDB. Urutan protein merupakan penentu fundamental dari struktur biologis dan fungsi.
    
    
    
    
  • 
    

    GENOM

    Genom dalam genetika, adalah keseluruhan bahan genetik yang membawa semua informasi pendukung kehidupan pada suatu makhluk hidup, baik yang merupakan gen atau bukan. Pada semua makhluk hidup, genom mencakup semua informasi genetik yang dibawa DNA, baik di inti sel (nukleus), mitokondria, maupun plastida. Virus tertentu memiliki genom dalam bentuk RNA. Istilah ini diperkenalkan oleh Hans Winkler, seorang profesor dari Universitas Hamburg, Jerman pada tahun 1920, sebagai singkatan (portmanteau) dari gene dan chromosome. Kajian yang mempelajari bahan genetik secara keseluruhan ini dikenal sebagai genomika (genomics).

     
  • 
    

    GENOMIKA FUNGSIONAL Ilmu yang mempelajari tentang genom dan penggunaan gen, serta hasil dan peranan dari protein yang dihasilkan.
    

    
    

    
    Referensi :

    * Biology Curriculum : Exploring the National Center for Biotechnology Information. The American Biology Teacher. Volume 64. No.2 February 2002.

    *  Wordpress. 2010. Librarynews. diakses melalui http://chblibrarynews.wordpress.com/category/classes/.  pada 9 November 2011
    * Ensiklopedia Wikipedia. 2011. Bioinformatika.  diakses melalui http://id.wikipedia.org/wiki/Bioinformatika. pada 9 November 2011
    * http://www.nlm.nih.gov/pubs/factsheets/ncbi.html.  diakses pada tanggal 9 November 2011