BAB I

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Bioteknologi adalah teknologi pemanfaat mikroba atau produk mikroba yang bertujuan

menghasikan bahan atau jasa tertentu. Secara istilah bioteknologi terdiri dari bio (hidup), teknos

(penerapan), dan logos (ilmu), dapat didefinisikan ilmu yang menerapkan prinsip – prinsip

biologi.

Bioteknologi adalah teknologi yang berbasis pada organisme hidup, bioteknologi

merupakan usaha terpadu dari berbagai disiplin ilmu seperti biokimia, mikrobiologi, teknik

kimia, dan genetika, yang kemudian mengkristal menjadi suatu disiplin ilmu yang baru, dan

Bioteknologi Farmasi adalah teknologi yang berbasis organisme hidup menghasilkan produk –

produk farmasi dalam jumlah besar yang sangat diperlukan dalam dunia kedokteran

Salah satu bidang dalam Ilmu Bioteknologi adalah Proteomik dan Genomik. Dalam

makalah ini akan dibahas mengenai pengertian proteomic dan genomic, pemisahan protei,

analisis protein, interaksi protein, perkembangan proteomic dan genomic serta aplikasi

Proteomik dan Genomik dalam bidang farmasi.

1.2 Tujuan

Untuk Mengetahui Pengertian dari Proteomik dan Genomik

Untuk Mengetahui Manfaat Proteomik dan Genomik dalam bidang Farmasi

1.3 Manfaat

Makalah ini diharapkan mampu menambah wawasan mahasiswa Farmasi UIN Sarif

Hidayatullah Jakarta dalam ilmu Bioteknologi khususnya dalam bidang Proteomik dan Genomik

serta pemanfaatannya dalam bidang Farmasi.

1

BAB II

ISI

2.1 Proteomik

Proteomik adalah studi skala besar protein, khususnya struktur dan fungsi. Protein adalah

bagian penting dari organisme hidup, karena mereka adalah komponen utama dari jalur

metabolisme fisiologis sel. Istilah "proteomik" pertama kali diciptakan pada tahun 1997 untuk

membuat analogi dengan genomik, penelitian gen. Kata "proteome" adalah campuran dari

"protein" dan "genom", dan diciptakan oleh Marc Wilkins pada tahun 1994 ketika bekerja pada

konsep sebagai mahasiswa PhD.

Proteome adalah komplemen seluruh protein, Sekarang diketahui bahwa mRNA tidak selalu

diterjemahkan menjadi protein, dan jumlah protein yang dihasilkan untuk suatu jumlah tertentu

tergantung pada mRNA gen itu ditranskripsi dari dan pada keadaan fisiologis saat ini sel.

Proteomika menegaskan kehadiran protein dan menyediakan ukuran langsung dari jumlah ini.

Para ilmuwan sangat tertarik di proteomik karena memberikan pemahaman yang lebih baik dari

suatu organisme dari genomik. Pertama, tingkat transkripsi gen hanya memberikan perkiraan

kasar dari tingkat ekspresi menjadi protein.

2.1.1 Pemisahan Protein

Alat pemisahan yang baik terdiri dari dua dimensi gel elektroforesis, yang diciptakan

pada tahun 1970. Sehebat-hebatnya teknik yang ada, tidak akan dapat memisahkan semua

puluhan ribu protein dalam proteome manusia. Rata-rata gel 2-D dapat memisahkan hanya

sekitar 2000 protein sedangkan menggunakan gel yang terbaik hanya bisa memisahkan

sekitar 11000 protein. Masalah ini diperparah oleh kenyataan bahwa kinerja 2-D

elektroforesis tidak dapat diprediksi. Masalah lainnya membran protein terlalu hidrofobik

untuk larut dalam buffer yang digunakan dalam 2D elektroforesis, sehingga tidak bisa

dilihat sama sekali. Akhirnya, banyak protein dalam jumlah kecil seperti dalam sel tidak

dapat dideteksi oleh gel 2-D. Sebagian besar masalah ini sulit dipecahkan namun ilmuwan

telah berusaha menangani masalah resolusi gel 2D dengan menganalisis kompartemen

2

selular yang berbeda secara terpisah misalnya mereka dapat memulai dengan inti atau

bahkan subcompartment seperti nucleolus atau perakitan protein seperti kompleks pori

nuklir. Penelitian proteomic saat ini mengharuskan protein untuk dipisahkan dalam skala

besar. Alat terbaik yang tersedia untuk pemisahan protein adalah 2-D elektroforesis.

2.1.2 Analisis Protein

Setelah protein dipisahkan dan dihitung, bagaimana mereka dianalisis? protein harus

diidentifikasi dan metode terbaik yang tersedia sekarang ini seperti: setiap lokasi yang

dipotong dari gel dan dibelah menjadi peptida dengan bantuan enzim proteolitik. Peptida ini

kemudian dapat diidentifikasi dengan spektrometri massa.

Gambar diatas menggambarkan teknik yang popular dikenal dengan matrixassisted

laser yang waktu desorpsi-ionisasi rumit dari time of flight (MALDI-TOF) sistem

spektrometri massa. Dalam prosedur ini peptida ditempatkan pada matriks, yang

menyebabkan peptida membentuk cystals. maka peptida pada matriks terionisasi dengan

sinar laser dan peningkatan tegangan pada matriks digunakan untuk menembak ion menuju

detektor. dengan asumsi semua ion hanya memiliki satu biaya, waktu untuk membuat ion

mencapai detektor tergantung pada massanya. Massa yg tinggi, semakin lama waktu time of

flight dari ion. Dalam spektrometer massa MALDI-TOF, ion-ion juga dapat dibelokkan

dengan reflektor elektrostatik yang juga memfokuskan sinar ion. sehingga kita dapat

menentukan massa dari ion untuk mencapai detektor kedua dengan presisi yang tinggi dan

3

massa ini dapat mengungkapkan komposisi kimia yang tepat dari peptida. jika seluruh

urutan genom diketahui, kita tahu apa yang dibutuhkan protein, komputer dapat

memberikan informasi dari spektrometer massa untuk mencocokkan setiap tempat di gel 2D

dengan salah satu gen dalam genom, oleh karena itu dapat memprediksi urutan seluruh

protein. Namun dengan mengetahui urutan protein tidak selalu memberi informasi tentang

aktivitas protein, sehingga penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk menentukan

aktivitas pada protein.

2.1.3 Interaksi Protein

Kebanyakan protein bekerja dengan protein lain untuk menghasilkan suatu fungsi

biologis, misalnya pada jalur transduksi sinyal. Banyak protein lain dari kompleks

multiprotein besar berperan pada tugas spesifik, misal :

Ribosom à sintesis protein

Proteasom à degradasi protein

Beberapa teknik yang digunakan untuk analisa interaksi protein :

Analisis dua hibrid ragi

Merupakan analisa tidak langsung menggunakan aktifasi gen reporter untuk

mwngamati interaksi antara dua bagian aktifator transkripsi kimerik, namun

teknik ini sering gagal untuk mendeteksi interaksi yang diketahui.

Protein microarrays

Protein microarrays dibuat dengan protin yang ditotolkan pada dua sisi

berdampingan dan diperiksa dengan antibody α-GST (baris 1 dan 3)

Antibody α-GST dideteksi dengan fluoresens untuk menghasilkan titik merah.

Intensitas fluoresens merah mengindikasikan jumlah protein di tiap titik.

4

Pada pemeriksaan baris ke 2 dan 4 dipasangkan dengan biotin yang dideteksi

dengan streptavidin untuk tandas fluoresens hijau.

Hasilnya kalmodulin, protein yang terlibat pada banyak proses yang

membutuhkan kalsium dan Liposom.

Kromatografi imunoafinitas diikuti spektrometri massa

Langkah-langkahnya :

Memilih protein umpan yang mampu berinteraksi dengan protein yang lain.

Protein umpan mewakili beberapa kelas yang berbeda, yakni protein kinase,

protein fosfatase, dan protein yang berpartisipasi pada respon kerusakan

DNA.

Pemurnian kompleks protein yang mengandung protein umpan dari ekstrak

sel menggunakan kromatografi imunoaktifitas.

Pemisahan protein di dalam kompleks menggunakan SDS-PAGE

Identifikasi protein. Protein dipotong dari gel dan dicerna dengan tripsin,

peptida yang dihasilkan dianalisis dengan spektrometri massa.

5

Gambar 1. Skema Kromatografi Imunoafinitas

2.2 Genomik

Tubuh kita terdiri dari sekitar seratus, juta, juta sel (100.000.000.000.000). Masing-masing

sel memiliki satu set lengkap instruksi tentang bagaimana membuat sel-sel kita, komponen dan

komponen milik komponen mereka. Instruksi ini disebut genom. Masing-masing dari

kitamemiliki dua genom. Kita mendapatkan satu salinan genom dari masing-masing orang tua

kita. Sebuah sel sperma (dari ayah) hanya memiliki satu salinan genom dan sel telur (dari ibu)

juga hanya memiliki hanya satu salinan. Genom di setiap sperma atau sel telur adalah campuran

dari genom ayah atau ibu. Pada saat pembuahan, sel sperma dan sel telur bergabung bersama

untuk membuat sel yang berisi dua genom. Telur yang telah dibuahi kemudian memiliki satu set

lengkap instruksi untuk membuat manusia baru.

Studi tentang seluruh genome dari suatu organisme. Genome sendiri adalah keseluruhan

informasi bahan genetik atau material yang diwariskan dari tetuanya kepada keturunannya yang

ada pada suatu organism disebut Genomik. Genom kita terbuat dari bahan kimia yang disebut

6

DNA. Surat-surat DNA berdiri untuk asam deoksiribonukleat tapi itu tidak benar-benar penting.

Yang penting adalah bentuk unik dari DNA. DNA berbentuk seperti tangga memutar.

Bayangkan sebuah tangga yang terbuat dari karet. Jika Anda memegang bagian bawah tangga

dengan tegas dan memutar tutupnya, bentuk yang akan Anda ciptakan adalah bentuk yang sama

dengan DNA yang Anda miliki. Peneliti menyebut bentuk ini 'double helix'. DNA ditemukan

pada tahun 1869 oleh Johann Friedrich Miescher, seorang ahli Biokimia dari Swiss yang bekerja

di Tübingen, Germany. Miescher pertama kali mengekstrak dari sel-sel darah putih dan

memperoleh campuran antara DNA dan protein-protein kromosom. Ekstrak berikutnya yang

diperoleh adalah asam nukleat murni dari sperma ikan salmon. Uji kimiawi DNA tersebut

menunjukkan bahwa DNA yang ditemukan Miescher bersifat asam dan banyak mengandung

fosfor.

2.2.1 Materi Genetik (DNA dan RNA)

Asam Nukleat

Adalah polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan

informasi genetik . Satu unit monomer terdiri dari ketiga komponen dinamakan nukleotida

terdiri atas tiga bagian yaitu :

1. Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin

Yaitu basa nitrogen yang terikat pada atom C no 1 suatu molekul gula (ribosa atau

deoksiribosa) melalui ikatan N-glikosidik. Ada dua macam basa nitrogen yang

menyusun asam nukleat yaitu:

Basa purin terdiri dari adenin (A) dan guanine (G)

Basa pirimidin terdiri dari Thymine (T), cytosine (C ) dan Uracil (U).

2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa)

Basa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA

gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu panda atom

7

C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H, sedangkan panda RNA

atom C no 2 berikatan dengan OH.

3. Gugus fosfat

Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom

karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. .

Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif kuat.

Tiga tahun sebelum Miescher menemukan DNA, Gregor Mendel telah

mempublikasikan hasil percobaan perkawinan kacang ercis dan menghipotesiskan bahwa

pewarisan genetik dikendalikan oleh unit factors, materi yang oleh para ahli genetika

sekarang disebut gen.

Gen adalah unit molekul DNA atau RNA dengan panjang minimum tertentu yang

membawa informasi mengenai urutan asam amino yang lengkap suatu protein, atau yang

menentukan struktur lengkap suatu molekul rRNA (RNA ribosom) atau tRNA (transfer

RNA). Secara keseluruhan kumpulan gen-gen yang terdapat di dalam setiap sel individu

organisme disebut sebagai genom. Dengan perkataan lain, genom suatu organisme adalah

kumpulan semua gen yang dimiliki oleh organisme tersebut pada setiap selny.

8

Semua makhluk hidup memiliki DNA, dikemas ke dalam sel mereka. Dalam

organisme kecil seperti bakteri, DNA melingkar ke dalam bungkusan kecil yang melingkar.

Pada tumbuhan dan hewan, DNA erat dikemas ke dalam bundel, melilit rangka protein. Jika

kita melihat DNA di bawah mikroskop, kadang-kadang kita bisa melihat bundel protein ini

dan DNA, yang disebut kromosom. Jumlah DNA dan jumlah kromosom dalam sel

organisme tergantung pada spesies asalnya. Manusia memiliki 46 kromosom (23 pasang),

tetapi ikan mas memiliki 104 kromosom (52 pasang), sedangkan kacang kedelai memiliki

12 kromosom (6 pasang).

Tabel. Jumlah kromosom pada genom beberapa spesies organisme eukariot :

Spesies organisme Jumlah kromosom haploid (n)

Eukariot sederhana

Saccharomyces cerevisiae 16

Neurospora crassa 7

Chlamydomonas reinhardtii 17

Tumbuhan

Zea mays 10

Triticum aestivum 21

Lycopersicon esculentum 12

Vicia faba 6

Sequoia sempivirens 11

Arabidopsis thaliana 5

Hewan avertebrata

Drosophila melanogaster 4

Anopheles culicifacies 3

Asterias forbesi 18

Caenorhabditis elegans 6

Mytilus edulis 14

9

Vertebrate

Esox lucius 25

Xenopus laevis 17

Gallus domesticus 39

Mus musculus 20

Felis domesticus 36

Pan tryglodites 24

Homo sapiens 23

2.2.2 Genom Manusia

Genom manusia meliputi genom kromosom (informasi genetik yang terdapat di

dalam inti sel) dan genom mitokondrial (informasi genetik yang ada di luar inti sel atau

berada di sitoplasma).

2.2.3 Genom Inti

Istilah genom inti (nuclear genome) pada eukariota mengacu pada informasi genetik

berupa kromosom, di dalam inti sel. Genom inti pada manusia terdiri dari 3.200.000.000

nukleotida dari DNA. Genom inti tersusun dari 24 kromosom yang terdiri dari 22 autosom

dan 2 kromosom sex yaitu X dan Y

10

2.2.4 Genom Mitokondria

Genom mitokondria merupakan molekul DNA yang berbentuk sirkuler tertutup dan

berada pada matriks mitokondria (organel yang memproduksi energi). Genom mitokondria

berukuran 16.569 pasang basa dan ukurannya lebih kecil daripada genom inti (lihat gambar)

Genom mitokondria

(mtDNA) terkemas lebih tertutup daripada genom inti, kecil dan kompak, serta tidak

mempunyai intron. Genom mitokondria mempunyai 37 gen. Tiga belas (13) gen mengkode

protein dalam respirasi kompleks, komponen biokimia penting dari mitokondria penghasil

energi. Dua puluh empat (24) gen yang lain mengkode molekul RNA non-coding (22 tRNA

dan 2 rRNA) yang dibutuhkan dalam ekspresi genom mitokondria.

2.2.5 Organisasi Genom Mitokondria

Sebagian besar eukariot mempunyai genom mitokondria. Genom manusia bervariasi

ukurannya dan kompleks, tidak bergantung kekompleksitasan organismenya. Semua organel

genom merupakan molekul DNA sirkuler. Setiap genom mitokondria manusia berisi sekitar

10 molekul yang serupa, ada 8000 per sel dan tidak mempunyai intron. Genom mitokondria

berisi gen pengkode rRNA non-coding dan beberapa komponen protein rantai respirasi,

11

yang merupakan biokimia penting mitokondria.Genom yang lain juga mengkode tRNA,

protein ribosomal, dan protein yang terlibat dalam transkripsi, translasi dan transport protein

lain ke dalam mitokondria dari sitoplasma.

2.2.6 Kode DNA

Protein adalah blok bangunan untuk sebagian besar tubuh Anda. Dengan cara yang

sama bahwa dinding yang sebagian besar terbuat dari batu bata, tubuh Anda sebagian besar

terbuat dari protein. Kita berbicara tentang gen yang memiliki karakteristik yang berbeda.

Misalnya, jika Anda mendengar tentang 'gen untuk warna mata', itu berarti bahwa gen kode

untuk pigmen protein dalam iris masing-masing mata kita. Gen bisa datang dalam versi

yang berbeda. Beberapa orang versi kode untuk protein yang membuat mata mereka terlihat

biru sedangkan versi orang lain membuat protein yang membuat mata mereka tampak

coklat. Penyusun protein adalah asam amino. Untuk membangun protein kita perlu

membangun rantai panjang asam amino. Ada 20 jenis asam amino, sehingga ada banyak

rantai protein yang berbeda yang bias kita bangun. Ahli biologi memberikan asam amino

kode huruf, seperti untuk DNA. Ini jauh lebih mudah daripada menuliskan seluruh nama

setiap waktu. Sebagai contoh, M adalah metionin, L adalah leusin, F adalah fenilalanin

(karena P adalah prolin). Kode DNA menggunakan kelompok tiga 'huruf' untuk membuat

makna. Ini berarti bahwa ketika sel membaca instruksi dikodekan dalam urutan DNA untuk

membuat protein, sel membacanya tiga huruf pada suatu waktu. Sebagian kelompok tiga

huruf - yang dikenal sebagai triplet atau kodon - kode untuk asam amino.

Karena ada

empat huruf DNA yang berbeda (A, G, C dan T), ada 4 x 4 x 4 = 64 kombinasi yang

12

berbeda yang dapat digunakan. Namun, karena hanya ada 20 jenis asam amino,

beberapadari 64 kodon ini mengkode asam amino yang sama. Beberapa dari 64 kodon ini

tidak mengkode untuk salah satu asam amino. Sebaliknya mereka memberikan tanda baca

dan tata bahasa, seperti di mana sel harus memulai dan berhenti membaca urutan.

2.3 Perkembangan Proteomik dan Genomik

Sejak awal abad ke-21, dunia kedokteran telah mengalami banyak revolusi, khususnya pada

aspek epidemiologi molekular. Salah satu penemuan yang menjadi tonggak kemajuan ilmu

medis adalah genomik. Genomik merupakan salah satu teknik biologi molekular yang

dikembangkan dari teori ekspresi, regulasi, dan struktur gen dalam tubuh manusia.

Awal genomika dimulai tahun 1977 dengan penelitian sekuensing DNA pertama kali oleh

Fred Sanger, Walter Gilbert, dan Allan Maxamyang bekerja secara terpisah. Tim Sanger berhasil

melakukan sekuensing seluruh genom Bakteriofag Φ-X174.

Kemudian penelitian genomika berlanjut di tahun - tahun berikutnya dengan penelitian

diantaranya tahun 1983 Perbanyakan (amplifikasi) DNA dapat dilakukan dengan mudah setelah

Kary Banks Mullis menemukan Reaksi Berantai Polymerase (PCR); Tahun 1985 Alec Jeffreys

menemukan teknik sidik jari genetik; Tahun 1989 Sekuensing pertama kali terhadap gen manusia

pengkode protein CFTR penyebab cystic fibrosis; Tahun 1989 Peletakan landasan statistika yang

kuat bagi analisis lokus sifat kuantitatif (analisis QTL) ; Tahun 1995 Sekuensing genom

Haemophilus influenzae, yang menjadi sekuensing genom pertama terhadap organisme yang

hidup bebas; Tahun 1996 Sekuensing pertama terhadap eukariota: khamir Saccharomyces

cerevisiae; Tahun 1998 Hasil sekuensing pertama terhadap eukariota multiselular, nematoda

Caenorhabditis elegans, diumumkan; Tahun 2001 Draf awal urutan genom manusia dirilis

bersamaan dengan mulainya Human Genome Project; Tahun 2003 Proyek Genom Manusia

(Human Genome Project) menyelesaikan 99% pekerjaannya pada tanggal (14 April) dengan

akurasi 99.99% [1]

Seiring berjalannya waktu, genomik dirasa masih kurang mampu menjawab proses

kompleks dalam tubuh manusia yang terdiri atas kurang lebih 100.000 gen. Setiap gen dapat

13

menghasilkan lebih dari satu jenis protein dengan fungsi yang beragam. Kombinasi jenis protein

yang berbeda akan menghasilkan fungsi yang berbeda pula. Dalam hal ini, genomik tidak bisa

digunakan untuk memprediksi stuktur dan properti dinamis dari semua rangkaian protein

tersebut.

Oleh karena itu, muncullah istilah proteomik yang secara khusus mempelajari tentang

struktur dan fungsi protein. Penelitian yang dilakukan oleh Akhter J dkk pada tahun 2009

menyebutkan bahwa proteomik sangat bermanfaat dalam kedokteran klinis untuk uji diagnostik

dan prognosis, identifikasi target terapeutik, serta terapi penyakit tertentu.

Proteomik telah terbukti dapat mendiagnosis penyakit infeksi seperti tuberkulosis. Teknik

ini digunakan untuk mengidentifikasi protein yang disekresikan secara in vitro pada proses

isolasi klinis. Dua di antara protein yang ditemukan, yaitu rRv3369 and rRv3874, menunjukkan

potensi tinggi sebagai antigen serodiagnosis dengan sensitifitas 60%-74% dan spesifisitas 96%-

97%. Kedua protein tersebut ternyata merupakan kandidat potensial untuk dasar tes skrining

serum. Selain tuberkulosis, penyakit lain yang juga bisa didiagnosis melalui metode proteomik

adalah SARS.

Sebuah penelitian yang dilakukan oleh National Cancer Institute di Bethesda melaporkan

bahwa proteomik bisa digunakan sebagai alat diagnostik kanker ovarium. Melalui metode

penelitian case-control menggunakan serum dari 50 pasien kanker dan 50 subjek kontrol serta

proses algoritma komputer, ditemukan adanya pola protein tertentu pada pasien kanker ovarium.

Teknik analisis perbandingan pola protein juga pernah digunakan untuk mendeteksi kanker

prostat.

Dalam mengidentifikasi kasus kanker payudara, proteomik dapat digunakan dengan

menggunakan Nipple Aspirate Fluid (NAF). Metode ini memiliki beberapa keuntungan

dibandingkan dengan teknik diagnosis lainnya karena non invasif serta relatif lebih murah dan

mudah. Penelitian dari Schwartz SA dkk pada tahun 2005 yang melibatkan 108 subjek

menemukan hasil yang lebih rinci. Bukan hanya menjadi penanda gejala keganasan, proteomik

juga dapat menjadi indikator pertahanan ketahanan hidup pasien kanker neurologi.

Peran proteomik tidak berhenti hanya pada tahap diagnosis penyakit, tetapi juga berlanjut

hingga tahap terapi. Proteomik dapat memprediksi efikasi obat dan juga menjelaskan beberapa

14

masalah teraupetik lainnya seperti resistensi obat. Pada beberapa kasus, permasalahan resistensi

obat kadang disertai mekanisme yang tidak jelas. Akan tetapi, melalui proteomik kini data

mengenai genetik dan protein dari berbagai mikroorganisme telah tersedia dan dapat digunakan

sebagai alat untuk mengetahui mekanisme resistensi terhadap obat. Selain itu, data

mikroorganisme tersebut juga bisa dijadikan acuan dalam mengidentifikasi agen-agen baru yang

mungkin bisa mengatasi resistensi.

Berdasarkan manfaat-manfaat yang telah dihasilkan oleh proteomik, metode ini dapat

menjadi sebuah arahan baru dalam dunia kedokteran klinis dan laboratorium. Namun, di sisi lain

para peneliti terus berupaya menggali lebih dalam perihal teknik proteomik.

2.4 Aplikasi dan Manfaat Proteomik dan Genomik

Berdasarkan jurnal Application of Genomics of Toxicology Research, aplikasi dari informasi

ekspresi gen dan polimorfis memencakup 4 area dalam toksikologi yaitu :

1. Toxicity testing

2. Cross spesies extrapolation

3. Understanding mechanism of action

4. Dan susceptibility

Aplikasi Proteomic juga digunakan dalam :

1. Diagnosa kanker dibahas dalam jurnal From genomics to proteomics : techniques and

applications in cancer research oleh Daniel B. Martin, et al tahun 2001

2. Diagnosa kanker juga dibahas pada jurnal Applications of proteomic techniques in

cancer Research oleh Preeti Roy, et al tahun 2008.

3. Diagnosa penyakit diabetes dibahas pada jurnal Proteomic Identification of Salivary

Biomarkers of Type-2 Diabetes oleh Paturi V. et al tahun 2009.

2.4.1 Human Genome Project

Proyek genome manusia adalah program penelitian internasional yang bertujuan

untuk memetakan secara lengkap dan memahami semua gen manusia. Tujuan utama dari

15

proyek genom manusia adalah untuk memberikan urutan lengkap dan akurat dari 3 milyar

pasangan basa DNA yang membentuk genom manusia dan untuk menemukan semua

dariperkiraan 20000 sampai 25000 gen manusia. Proyek ini juga bertujuan untuk

mengurutkan genom beberapa organism lain yang penting untuk penelitian medis, seperti

tikus dan lalat buah.

Selain sequencing DNA, proyek genom manusia juga berusaha mengembangkan alat

baru untuk dapat mengembangkan dan menganalisis data dan membuat informasi ini

tersedia secara luas. Proyek genom manusia juga berkomitmen untuk mengeksplorasi

konsekuensi dari penelitian genommelauli etika, hokum, dan social implikasinya.

HGP telah menjadi usaha internasional untuk memahami struktur dan fungsi dari

genom manusia. Banyak negara yang berpartisipasi sesuai dengan minat khusus mereka dan

kemampuan . Koordinasi informal dan umumnya dilakukan ditingkat ilmuwan. Komponen

AS dari proyek ini adalah disponsori oleh National Human Genome Research Institute di

National Institutes of Health ( NIH ) dan Kantor Biologi dan Penelitian Lingkungan di

Departemen Energi ( DOE ). HGP telah mendapatkan banyak manfaat dari mitra

kontribusi internasional. Sektor swasta juga telah memberikan bantuan. Kolaborasi ini akan

terus berlanjut, dan banyak yang akan berkembang. Keduanya, NIH dan DOE menyambut

partisipasi dari semua pihak yang berkepentingan dalam pemenuhan tersebut tujuan utama

HGP, yang adalah untuk mengembangkan dan mempercepat penelitian untuk meningkatkan

kehidupan semua orang.

Tujuan spesifik untuk tahun 1998 sampai dengan tahun 2003

Bagian berikut ini menguraikan delapan tujuan utama untuk HGP atas 5 tahun ke

depan . Tabel 1 memberikan gambaran tentang fitur kuantitatif dari tujuan-tujuan baru dan

membandingkannya dengan tujuan dari 1993. Informasi tentang prestasi dari 1993 gol juga

disertakan. Gambar 1 menggambarkan dana HGP AS diterima sampai saat ini .

16

17

Ada beberapa tujuan Human Genome Project, yaitu :

1. Human DNA Sequence

Menyediakan lengkap, urutan berkualitas tinggi genom manusia DNA untuk

komunitas riset sebagai sumber data yang tersedia untuk publik terus menjadi tujuan

prioritas tertinggi HGP itu. Perkembangan teknologi terbaru dan pengalaman dengan

sequencing skala besar memberikan peningkatan kepercayaan bahwa akan mungkin

untuk menyelesaikan akurat, urutan berkualitas tinggi genom manusia pada akhir

tahun 2003, 2 tahun lebih cepat dibandingkan sebelumnya diperkirakan. Bar sekitar 6

% dari urutan genom manusia telah selesai sejauh ini (Gambar 2).

Urutan selesai pada akhir tahun 2003 merupakan tantangan besar , tapi dalam

jangkauan dan layak risiko dan usaha . Menyadari tujuan akan memerlukan upaya

intens dan berdedikasi dan kelanjutan dan perluasan semangat kolaboratif urutan

internasional masyarakat. Ketersediaan urutan manusia tidak akan berakhir perlunya

sequencing skala besar. Interpretasi penuh urutan yang akan membutuhkan lebih

banyak informasi urutan dari banyak organisme lain, serta informasi tentang variasi

urutan pada manusia ( lihat jugaTujuan 3, 4, dan 5). Dengan demikian, pembangunan

berkelanjutan , jangka panjang sekuensing kapasitas yang penting adalah tujuan dari

HGP. Mencapai tujuan berikut ini akan membutuhkan kapasitas minimal 500

megabases ( Mb ) dari urutan per tahun selesai pada akhir 2003.

Rencana Sequencing DNA :

a) Selesai urutan genom manusia yang lengkap pada akhir 2003.

b) Selesai sepertiga dari urutan DNA manusia pada akhir 2001. Dengan

diantisipasi skala-up sekuensing kapasitas, seharusnya mungkin untuk

memperluas produksi urutan selesai (Gambar 2 ) untuk mencapai

penyelesaian 1 Gb urutan manusia oleh HGP seluruh dunia akhir tahun 2001 .

c) Mencapai cakupan minimal 90 % dari genom dalam bekerja rancangan

berdasarkan klon dipetakan pada akhir tahun 2001. Pada masyarakat saat ini,

Strategi sequencing didasarkan pada klon dipetakan dan terjadi dalam dua

fase. Yang pertama, atau "senapan" fase, melibatkan penentuan acak sebagian

besar urutan dari klon dipetakan kepentingan. metode untuk melakukan hal ini

sekarang sangat otomatis dan efisien. senapan dipetakan dirakit menjadi

18

produk ("bekerja draft" urutan) yang meliputi sebagian besar daerah bunga

tapi masih mungkin berisi kesenjangan dan ambiguitas. Kedua, finishing

phase, kesenjangan diisi dan perbedaan diselesaikan . Saat ini, tahap finishing

lebih banyak tenaga kerja intensif daripada fase senapan

d) Membuat urutan total dan bebas diakses . HGP dimulai karena pendukungnya

percaya bahwa urutan manusia seperti sumber daya ilmiah berharga yang

harus dibuat benar-benar dan secara terbuka dan tersedia untuk semua orang

yang ingin menggunakannya . Hanya ketersediaan luas dan sumber daya yang

unik maksimal akan merangsang penelitian yang pada akhirnya akan

meningkatkan kesehatan manusia.

2. Teknologi Sekuensing

Teknologi sekuensing DNA telah meningkat secara dramatis sejak proyek genom

dimulai. Jumlah urutan yang diproduksi setiap tahun terus meningkat, kini pusat

individu memproduksi puluhan juta pasangan urutan basa pertahun. Teknologi

sekuensing jauh lebih efisien akan dibutuhkan dari pada yang tersedia saat ini. Selain

itu, penelitian harus didukung dengan teknologi baru yang akan membuat throughput

DNA yang lebih tinggi, sekuensing yang efisien, akurat , dan hemat biaya ,sehingga

memberikan dasar untuk alat analisis genom canggih lainnya.

Kemajuan harus dicapai dalam tiga bidang :

a. Terus meningkatkan throughput dan mengurangi biaya urutan teknologi saat

ini.

b. Dukungan penelitian tentang teknologi baru yang dapat menyebabkan

perbaikan yg signifikan dalam teknologi sekuensing.

c. Mengembangkan metode yang efektif untuk memajukan pengembangan dan

pengenalan teknologi sekuensing baru ke proses sekuensing.

3. Urutan Variasi Genom Manusia

Variasi urutan alami adalah properti fundamental dari semua genom. Setiap dua

genom manusia haploid menunjukkan beberapa situs dan jenis polimorfisme.

Beberapa memiliki implikasi fungsional. Polimorfisme yang paling umum dalam

19

genom manusia perbedaan pasangan basa tunggal, juga disebut polimorfisme

nukleotida tunggal (SNP).

Jenis lain dari variasi urutan, seperti perubahan nomor copy, pemasukan, delesi,

duplikasi, dan penyusunan ulang juga ada, tetapi pada frekuensi rendah dan

distribusinya kurang dipahami. Informasi dasar tentang jenis, frekuensi, dan distribusi

polimorfisme dalam genom manusia dan populasi manusia sangat penting untuk

kemajuan dalam genetika manusia.

SNP yang melimpah, stabil, didistribusikan secara luas di seluruh genom, dan

meminjamkan diri untuk analisis otomatis pada skala yang sangat besar, misalnya,

dengan teknologi DNA array. Karena sifat ini, SNP akan menjadi keuntungan untuk

pemetaan sifat kompleks seperti kanker, diabetes, dan penyakit mental.

Ketersediaan awal rancangan kerja genom manusia sangat harus memfasilitasi

penciptaan padat peta SNP.

a. Mengembangkan teknologi yang cepat, identifikasi berskala besar atau

penilaian, atau keduanya, dari SNP dan varian urutan DNA lain.

b. Mengidentifikasi varian umum di daerah pengkodean mayoritas gen yang

diidentifikasi selama periode 5 tahun.

c. Buat peta SNP minimal 100.000 penanda.

d. Mengembangkan landasan intelektual untuk studi variasi urutan.

e. Menciptakan sumber daya publik sampel DNA dan garis sel.

4. Teknologi untuk Genomics Fungsional

Ketersediaan seluruh sekuens genom yang memungkinkan pendekatan baru untuk

biologi sering disebut fungsional genomik-penafsiran fungsi sekuen DNA pada skala

genom. Metode saat ini untuk mempelajari fungsi DNA pada skala genom meliputi

perbandingan dan analisis pola urutan langsung untuk menyimpulkan fungsi, analisis

skala besar dari messenger RNA dan protein produk gen, dan berbagai pendekatan

untuk gangguan gen. Karakterisasi skala besar dari transkrip gen dan protein produk

mendasari analisis fungsional mereka. Oleh karena itu, mengidentifikasi dan

sequencing serangkaian panjang cDNA lengkap yang mewakili semua gen manusia

harus menjadi prioritas tinggi.

20

a. Mengembangkan sumber daya cDNA.

b. Mendukung penelitian tentang metode untuk mempelajari fungsi urutan non-

protein-koding.

c. Mengembangkan teknologi untuk analisis komprehensif ekspresi gen.

d. Meningkatkan metode untuk mutagenesis genome.

e. Mengembangkan teknologi untuk analisis protein secara global.

5. Perbandingan Genomik

Karena semua organisme terkait melalui pohon evolusi yang sama, studi satu

organisme dapat memberikan informasi berharga tentang orang lain. Sebagian besar

kekuatan genetika molekuler muncul dari kemampuan untuk mengisolasi dan

memahami gen dari satu spesies berdasarkan pengetahuan tentang gen terkait di

spesies lain.

Perbandingan antara genom yang jauh terkait memberikan wawasan yang

universal mengenai mekanisme biologis dan cara mengidentifikasi model

eksperimental untuk mempelajari proses yang kompleks. Perbandingan antara genom

yang terkait erat memberikan wawasan yang unik ke dalam rincian struktur dan

fungsi gen. Dalam rangka untuk memahami genom manusia sepenuhnya, analisis

genomik pada berbagai organisme model erat dan jauh terkait satu sama lain harus

didukung.

Sekuensing genom E. coli dan S. cerevisiae, dua dari lima model organisme yang

ditargetkan dalam rencana 5-tahun pertama, telah selesai. Ketersediaan urutan ini

telah menyebabkan penemuan banyak gen baru dan elemen fungsional lainnya dari

genom. Ini telah memungkinkan ahli biologi untuk berpindah dari mengidentifikasi

gen studi sistematis untuk memahami fungsi mereka. Penyelesaian dari urutan DNA

dari organisme model yang tersisa, C. elegans, D. melanogaster, dan tikus, terus

menjadi prioritas tinggi dan harus dilanjutkan secepat sumber daya yang tersedia

memungkinkan. Model organisme tambahan akan perlu dianalisis untuk

memungkinkan manfaat penuh dari genomik komparatif untuk direalisasikan.

Kebutuhan yang sedang berlangsung ini adalah alasan utama untuk peningkatan

kapasitas sekuensing yang berkelanjutan.

21

a. Melengkapi urutan genom C. elegans pada tahun 1998.

b. Melengkapi urutan genom Drosophila tahun 2002.

c. Genom tikus.

o Mengembangkan sumber daya fisik dan pemetaan genetik.

o Mengembangkan sumber daya tambahan cDNA.

o Lengkapi urutan genom tikus tahun 2005.

d. Mengidentifikasi organisme model lainnya yang dapat membuat kontribusi

besar untuk memahami genom manusia dan mendukung penelitian genom

yang tepat.

6. Etika, Hukum, dan Implikasi Sosial

Kemajuan dalam pemahaman tentang genetika manusia dan genomik akan

memiliki implikasi penting bagi individu dan masyarakat. Pemeriksaan terhadap

etika, hukum, dan implikasi sosial dari penelitian genom, merupakan komponen

integral dan penting dari HGP. Dalam kerjasama yang unik, ilmuwan biologi dan

sosial, profesional kesehatan, sejarawan, ahli hukum, dan lain-lain berkomitmen

untuk mengeksplorasi isu-isu ini sebagai proyek yang sedang berlangsung. Program

Elsi telah menghasilkan sebuah badan substansi beasiswa di bidang privasi dan

penggunaan informasi genetik, integrasi yang aman dan efektif terhadap informasi

genetik dalam pengaturan klinis, isu-isu etis disekitar penelitian genetika, dan

pendidikan profesional dan publik. Hasil penelitian ini telah digunakan untuk

menuntun pelaksanaan penelitian genetik dan pengembangan terkait kebijakan

kesehatan profesional dan masyarakat. Program Elsi juga mendorong pemeriksaan

masalah serupa di daerah lain dari ilmu biologi dan medis.

Kesuksesan dari program Elsi akan memerlukan perhatian terhadap tantangan

baru yang disajikan oleh kemajuan pesat dalam genetika dan aplikasinya. Proyek

genom semakin dekat untuk menyelesaikan urutan genom manusia pertama dan mulai

mengeksplorasi variasi urutan manusia dalam skala besar, hal itu akan menjadi

penting bagi para ilmuwan biomedis, peneliti Elsi, dan pendidik untuk memusatkan

perhatian pada etika, hukum, dan implikasi sosial terhadap perkembangan bagi

individu, keluarga, dan masyarakat.

22

Tujuan utama Elsi selama 5 tahun ke depan adalah:

a. Pemeriksaan isu seputar penyelesaian urutan DNA manusiadan studi variasi

genetik manusia.

b. Pemeriksaan isu yang diangkat oleh integrasi teknologi genetika dan

informasi pelayanan kesehatan dan kegiatan kesehatan masyarakat.

c. Pemeriksaan isu yang diangkat oleh integrasi pengetahuan tentang genomik

dan interaksi gen-lingkungan dalam pengaturan nonklinik

d. Mengeksplor tentang cara di mana pengetahuan genetika baru dapat

berinteraksi dengan berbagai vriasi perspektif filosofis, teologis, dan etis.

e. Mengeksplor bagaimana faktor-faktor sosial ekonomi dan konsep ras dan

etnis mempengaruhi penggunaan, pemahaman, dan interpretasi informasi

genetika, pemanfaatan layanan genetika, dan pengembangan kebijakan.

7. Bioinformatika dan Komputasi Biologi

Dukungan bioinformatika penting untuk pelaksanaan proyek-proyek genom dan

untuk akses publik output mereka. Kebutuhan bioinformatika untuk proyek genom

terbagi dalam dua bidang: (i) database dan (ii) pengembangan alat-alat analisis.

Pengumpulan, analisis, penjelasan, dan penyimpanan jumlah yang semakin

meningkat dari pemetaan, spengurutan, dan ekspresi data dalam akses publik,

database yang user-friendly sangat penting bagi keberhasilan proyek. Selain itu,

masyarakat membutuhkan metode komputasi yang akan memungkinkan para

ilmuwan untuk mengekstrak, melihat, menerangkan, dan menganalisis informasi

genom secara efisien. Dengan demikian, proyek genom harus terus berinvestasi

secara substansial dalam bidang ini. Konservasi sumber daya melalui pengembangan

perangkat lunak portabel harus didorong.

a. Meningkatkan konten dan utilitas database.

b. Mengembangkan alat yang lebih baik untuk generasi data, menangkap, dan

penjelasan.

c. Mengembangkan dan meningkatkan alat dan database untuk studi fungsional

lengkap.

23

d. Mengembangkan dan meningkatkan alat untuk mewakili dan menganalisis

kesamaan urutan dan variasi.

e. Membuat mekanisme untuk mendukung pendekatan yang efektif untuk

produksi yang kokoh, perangkat lunak yang dapat diekspor sehingga dapat

secara luas dibagi.

8. Pelatihan

Di masa lalu, proyek genom memiliki manfaat yang sangat besar dari bakat

ilmuwan nonbiological, dan partisipasi mereka di masa depan mungkin akan lebih

penting. Ada kebutuhan mendesak untuk melatih para ilmuwan lainnya di daerah

interdisipliner untuk dapat berkontribusi terhadap genomik. Berbagai program harus

dikembangkan untuk mendorong pelatihan kedua ilmuwan biologi dan nonbiologi

untuk karir dalam bidang genomik, terutama mengenai kekurangan orang yang

terlatih dalam bioinformatika. Dibutuhkan pula ilmuwan yang dilatih dalam

keterampilan manajemen yang diperlukan untuk memimpin upaya memproduksi data

dalam skala besar. Kebutuhan lain yang mendesak adalah bagi para sarjana yang

dilatih untuk melakukan studi tentang dampak sosial dari penemuan genetik. Sarjana

tersebut harus memiliki pengetahuan terkait ilmu genom – dan ilmu sosial. Pada

akhirnya, lingkungan akademik yang stabil dalam ilmu genomik harus diciptakan

sehingga penelitian inovatif dapat dipelihara dan dapat menjamin pelatihan orang

baru. Yang terakhir adalah tanggung jawab sektor akademis, tetapi lembaga donor

juga dapat mendorong melalui program yang mereka berikan.

a. Memelihara pelatihan keterampilan ilmuwan dalam penelitian genomik

b. Mendorong terbentuknya jalur karir akademik untuk ilmuwan genom.

c. Meningkatkan jumlah sarjana yang memiliki pengetahuan di kedua ilmu

genomik dan genetik dan dalam etika, hukum, atau ilmu-ilmu sosial.

24

BAB III

Penutup

3.1 Kesimpulan

Proteomik dan Genomik adalah

25

DAFTAR PUSTAKA

Daniel B. Martin, et al.2001.From genomics to proteomics:trchniques and applications in cancer

research.

Preeti Roy, et al.2008.Applications of proteomic techniques in cancer Research.

Thomas, S Russell.2002.Application of Genomics of Toxicology Research.

V. Paturi, et al. 2009. Proteomic Identification of Salivary Biomarkers of Type-2 Diabetes

New Goals for the U.S. Human Genome Project:1998-2003.Science vol 282.1998

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/

26