pertemuan 9 bioinformatic
DESCRIPTION
mata kuliah biologi tentang bioinformatikaTRANSCRIPT
![Page 1: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/1.jpg)
Bioinformatic
![Page 2: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/2.jpg)
Ruang Lingkup
![Page 3: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/3.jpg)
Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics) adalah (ilmu yang mempelajari) penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis.
Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino serta informasi yang berkaitan dengannya.
![Page 4: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/4.jpg)
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 RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen.
![Page 5: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/5.jpg)
Sejarah Perkembangan
![Page 6: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/6.jpg)
Istilah bioinformatics mulai dikemukakan
pada pertengahan era 1980-an untuk
mengacu pada penerapan komputer dalam
biologi.
Namun demikian, penerapan bidang-bidang
dalam bioinformatika (seperti pembuatan
basis data dan pengembangan algoritma
untuk analisis sekuens biologis) sudah
dilakukan sejak tahun 1960-an.
![Page 7: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/7.jpg)
awal 1950-an
Kemajuan teknik biologi molekular dalam
mengungkap sekuens biologis dari protein
1960-an
sekuens biologis asam nukleat terungkap
dan mengawali perkembangan basis data
dan teknik analisis sekuens biologis.
Basis data sekuens protein mulai
dikembangkan pada tahun 1960-an di
Amerika Serikat,
![Page 8: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/8.jpg)
akhir 1970-an
basis data sekuens DNA
dikembangkan di Amerika Serikat dan
Jerman (pada European Molecular
Biology Laboratory, Laboratorium
Biologi Molekular Eropa)
Penemuan teknik sekuensing DNA
![Page 9: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/9.jpg)
1980-an dan 1990-an
terjadi ledakan jumlah sekuens DNA
menjadi salah satu pembuka jalan bagi
proyek-proyek pengungkapan genom,
meningkatkan kebutuhan akan
pengelolaan dan analisis sekuens, dan
pada akhirnya menyebabkan lahirnya
bioinformatika.
![Page 10: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/10.jpg)
Perkembangan internet juga mendukung
berkembangnya bioinformatika.
Basis data bioinformatika yang terhubung
melalui internet memudahkan ilmuwan
mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam
basis data tersebut maupun memperoleh
sekuens biologis sebagai bahan analisis.
![Page 11: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/11.jpg)
Selain itu, penyebaran program-
program aplikasi bioinformatika melalui
internet memudahkan ilmuwan
mengakses program-program tersebut
dan kemudian memudahkan
pengembangannya.
![Page 12: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/12.jpg)
Penerapan Utama Bioinformatika
Basis data sekuens biologis
Penyejajaran sekuens
Prediksi struktur protein
Analisis ekspresi gen
![Page 13: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/13.jpg)
Sesuai dengan jenis informasi biologis yang
disimpannya, basis data sekuens biologis dapat
berupa:
basis data primer untuk menyimpan
sekuens primer asam nukleat maupun
protein,
basis data sekunder untuk menyimpan
motif sekuens protein, dan
basis data struktur untuk menyimpan data
struktur protein maupun asam nukleat.
Basis data sekuens biologis
![Page 14: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/14.jpg)
Basis data utama untuk sekuens asam
nukleat saat ini adalah
NCBI (Amerika Serikat),
EMBL (Eropa), dan
DDBJ(en) (DNA Data Bank of Japan,
Jepang).
Ketiga basis data tersebut bekerja sama dan
bertukar data secara harian untuk menjaga
keluasan cakupan masing-masing basis
data.
![Page 15: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/15.jpg)
The National Center for BiotechnologyInformation (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)
NCBI established on November 4‛ 1988, as a division of the National Library of Medicine (NLM) at the National Institutes of Health (NIH)
The GenBank sequence database is an annotated collection of all publicly available nucleotide sequences and their protein translations.
![Page 16: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/16.jpg)
NCBI has a multi-disciplinary research group:
Molecular Biologists
Computer Scientists
Biochemists
Mathematicians
Research Physicians
Structural Biologists
![Page 17: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/17.jpg)
Sumber utama data sekuens asam
nukleat adalah
submisi langsung dari periset
individual,
proyek sekuensing genom, dan
pendaftaran paten.
![Page 18: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/18.jpg)
Selain berisi sekuens asam nukleat, entri
dalam basis data sekuens asam nukleat
umumnya mengandung informasi tentang:
jenis asam nukleat (DNA atau RNA),
nama organisme sumber asam nukleat
tersebut, dan
pustaka yang berkaitan dengan
sekuens asam nukleat tersebut.
![Page 19: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/19.jpg)
Sementara itu, contoh beberapa basis data
penting yang menyimpan sekuens primer
protein adalah
PIR (Protein Information Resource,
Amerika Serikat),
Swiss-Prot (Eropa), dan
TrEMBL (Eropa).
Ketiga basis data tersebut telah digabungkan
dalam UniProt (yang didanai terutama oleh
Amerika Serikat).
![Page 20: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/20.jpg)
Entri dalam UniProt mengandung
informasi tentang:
sekuens protein,
nama organisme sumber protein,
pustaka yang berkaitan, dan
komentar yang umumnya berisi
penjelasan mengenai fungsi
protein tersebut.
![Page 21: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/21.jpg)
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)
merupakan perkakas bioinformatika yang
berkaitan erat dengan penggunaan basis data
sekuens biologis.
Penelusuran BLAST (BLAST search) pada basis
data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk
mencari sekuens asam nukleat maupun protein
yang mirip dengan sekuens tertentu yang
dimilikinya.
![Page 22: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/22.jpg)
Hal ini berguna misalnya:
untuk menemukan gen sejenis pada
beberapa organisme atau
untuk memeriksa keabsahan hasil
sekuensing maupun
untuk memeriksa fungsi gen hasil
sekuensing. Algoritma yang mendasari
kerja BLAST adalah penyejajaran
sekuens.
![Page 23: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/23.jpg)
Penyejajaran sekuens (sequence
alignment) adalah proses
penyusunan/pengaturan dua atau lebih
sekuens sehingga persamaan sekuens-
sekuens tersebut tampak nyata.
Hasil dari proses tersebut juga disebut
sebagai sequence alignment atau
alignment saja.
Penyejajaran sekuens
![Page 24: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/24.jpg)
Baris sekuens dalam suatu alignment diberi
sisipan (umumnya dengan tanda "–")
sedemikian rupa sehingga kolom-kolomnya
memuat karakter yang identik atau sama di
antara sekuens-sekuens tersebut.
Berikut adalah contoh alignment DNA dari
dua sekuens pendek DNA yang berbeda,
"ccatcaac" dan "caatgggcaac" (tanda "|"
menunjukkan kecocokan atau match di
antara kedua sekuens)
![Page 25: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/25.jpg)
ccat-----caac
caatgggcaac
![Page 26: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/26.jpg)
Sequence alignment merupakan metode
dasar dalam analisis sekuens.
Metode ini digunakan untuk mempelajari
evolusi sekuens-sekuens dari leluhur yang
sama (common ancestor).
Ketidakcocokan (mismatch) dalam
alignment diasosiasikan dengan proses
mutasi, sedangkan kesenjangan (gap,
tanda "–") diasosiasikan dengan proses
insersi atau delesi.
![Page 27: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/27.jpg)
Sequence alignment memberikan
hipotesis atas proses evolusi yang terjadi
dalam sekuens-sekuens tersebut.
Misalnya, kedua sekuens dalam contoh
alignment di atas bisa jadi berevolusi dari
sekuens yang sama "ccatgggcaac".
![Page 28: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/28.jpg)
Dalam kaitannya dengan hal ini,
alignment juga dapat menunjukkan
posisi-posisi yang dipertahankan
(conserved) selama evolusi dalam
sekuens-sekuens protein, yang
menunjukkan bahwa posisi-posisi
tersebut bisa jadi penting bagi struktur
atau fungsi protein tersebut.
![Page 29: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/29.jpg)
Selain itu, sequence alignment juga
digunakan untuk mencari sekuens yang
mirip atau sama dalam basis data
sekuens.
BLAST adalah salah satu metode
alignment yang sering digunakan dalam
penelusuran basis data sekuens.
BLAST menggunakan algoritma heuristik
dalam penyusunan alignment.
![Page 30: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/30.jpg)
Secara kimia/fisika, bentuk struktur protein
diungkap dengan kristalografi sinar-X
ataupun spektroskopi NMR, namun kedua
metode tersebut sangat memakan waktu
dan relatif mahal.
Sementara itu, metode sekuensing protein
relatif lebih mudah mengungkapkan
sekuens asam amino protein.
Prediksi struktur protein
![Page 31: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/31.jpg)
Prediksi struktur protein berusaha meramalkan
struktur tiga dimensi protein berdasarkan
sekuens asam aminonya (dengan kata lain,
meramalkan struktur tersier dan struktur
sekunder berdasarkan struktur primer protein).
Secara umum, metode prediksi struktur protein
yang ada saat ini dapat dikategorikan ke dalam
dua kelompok, yaitu metode pemodelan
protein komparatif dan metode pemodelan de
novo.
![Page 32: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/32.jpg)
Pemodelan protein komparatif (comparative
protein modelling) meramalkan struktur suatu
protein berdasarkan struktur protein lain yang sudah
diketahui.
Dalam pendekatan de novo atau ab initio, struktur
protein ditentukan dari sekuens primernya tanpa
membandingkan dengan struktur protein lain.
Terdapat banyak kemungkinan dalam pendekatan
ini, misalnya dengan menirukan proses pelipatan
(folding) protein dari sekuens primernya menjadi
struktur tersiernya (misalnya dengan simulasi
dinamika molekular), atau dengan optimisasi global
fungsi energi protein.
![Page 33: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/33.jpg)
Prosedur-prosedur ini cenderung membutuhkan
proses komputasi yang intens, sehingga saat ini
hanya digunakan dalam menentukan struktur
protein-protein kecil.
Beberapa usaha telah dilakukan untuk mengatasi
kekurangan sumber daya komputasi tersebut,
misalnya dengan:
superkomputer (misalnya superkomputer
Blue Gene [1] dari IBM) atau
komputasi terdistribusi (distributed computing,
misalnya proyek Folding@home) maupun
komputasi grid.
![Page 34: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/34.jpg)
Ekspresi gen dapat ditentukan dengan
mengukur kadar mRNA dengan berbagai
macam teknik (misalnya dengan microarray
ataupun Serial Analysis of Gene Expression
["Analisis Serial Ekspresi Gen", SAGE]).
Teknik-teknik tersebut umumnya diterapkan
pada analisis ekspresi gen skala besar yang
mengukur ekspresi banyak gen (bahkan
genom) dan menghasilkan data skala besar.
Analisis ekspresi gen
![Page 36: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/36.jpg)
Metode-metode penggalian data (data
mining) diterapkan pada data tersebut
untuk memperoleh pola-pola informatif.
Sebagai contoh, metode-metode komparasi
digunakan untuk membandingkan ekspresi
di antara gen-gen, sementara metode-
metode klastering (clustering) digunakan
untuk mempartisi data tersebut
berdasarkan kesamaan ekspresi gen.
![Page 37: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/37.jpg)
Saat ini mata ajaran bioinformatika
maupun mata ajaran dengan muatan
bioinformatika sudah diajarkan di beberapa
perguruan tinggi di Indonesia.
Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB
menawarkan mata kuliah "Pengantar
Bioinformatika" untuk program Sarjana dan
mata kuliah "Bioinformatika" untuk program
Pascasarjana.
Bioinformatika di Indonesia
![Page 38: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/38.jpg)
Fakultas Teknobiologi
Universitas Atma Jaya, Jakarta menawarkan
mata kuliah "Pengantar Bioinformatika".
Mata kuliah "Bioinformatika" diajarkan pada
Program Pascasarjana Kimia Fakultas MIPA
Universitas Indonesia (UI), Jakarta.
Mata kuliah "Proteomik dan Bioinformatika"
termasuk dalam kurikulum program S3
bioteknologi Universitas Gadjah Mada
(UGM), Yogyakarta.
![Page 39: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/39.jpg)
Materi bioinformatika termasuk di dalam silabus
beberapa mata kuliah untuk program sarjana
maupun pascasarjana biokimia,biologi, dan
bioteknologi pada Institut Pertanian Bogor (IPB). Selain itu, riset-riset yang mengarah pada
bioinformatika juga telah dilaksanakan oleh
mahasiswa program S1 Ilmu Komputer maupun
program pascasarjana biologi serta bioteknologi
IPB. Riset bioinformatika protein dilaksanakan
sebagai bagian dari aktivitas riset rekayasa
protein pada Laboratorium Rekayasa Protein,
![Page 40: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/40.jpg)
Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga
Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI),
Cibinong, Bogor. Lembaga Biologi Molekul
Eijkman, Jakarta, secara khusus memiliki
laboratorium bioinformatika sebagai
fasilitas penunjang kegiatan risetnya. Selain itu, basis data sekuens DNA
mikroorganisme asli Indonesia sedang
dikembangkan di UI.
![Page 41: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/45.jpg)
![Page 46: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/46.jpg)
Start codon
Stop codon
![Page 47: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/48.jpg)
![Page 49: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/49.jpg)
![Page 50: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/50.jpg)
![Page 51: pertemuan 9 bioinformatic](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020219/563dbb05550346aa9aa99b4a/html5/thumbnails/51.jpg)