Jumat, 21 Maret 2014

BioInformatika vs Biopaolin

Kamal Nuur Huda
53410828
4ia18
Pengantar Koputasi Modern

Artikel BioInformatika

Pengertian Bioinformatika :

Bioinformatika adalah salah satu cabang baru ilmu biologi yang merupakan perpaduan antara biologi dan teknologi informasi. Menurut Durso (1997) bioinformatika adalah manajemen dan analisis informasi biologis yang disimpan dalam database.

Ilmu ini mengajarkan aplikasi, analisis, dan mengorganisir miliaran bit informasi genetik dalam sel mahluk hidup. Studi bioinformatika terutama didukung uleh studi genomik, biologi komputasi, dan teknologi komputer. Menurut Roderick (lihat Hieter & Boguski, 1997), genomik adalah studi yang berhubungan dengan pemetaan, sekuen, dan analisis genom. Walaupun belum jelas, secara umum Genomik bisa diartikan sebagai penggunaan informasi genom secara sistematis, dengan data eksperimental baru untuk menjawab permasalahan biologis, medis, maupun industri (Jordan, 1999).

ioinformatika sendiri mencakup kajian yang lebih mendalam dari genomik. Dalam studi bioinformatika digunakan komputer yang mampu menyimpan data dalam jumlah yang sangat banyak dan didukung berbagai macam software untuk menganalisis jutaan data yang berasal dari mahluk hidup.

Bidang-Bidang yang Terkait dengan Bioinformatika :

Biophysics
Biologi molekul sendiri merupakan pengembangan yang lahir dari biophysics. Biophysics adalah sebuah bidang interdisipliner yang mengaplikasikan teknik- teknik dari ilmu Fisika untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical Society). Sesuai dengan definisi di atas, bidang ini merupakan suatu bidang yang luas. Namun secara langsung disiplin ilmu ini terkait dengan Bioinformatika karena penggunaan teknik-teknik dari ilmu Fisika untuk memahami struktur membutuhkan penggunaan TI.

Computational Biology
Computational biology merupakan bagian dari Bioinformatika (dalam arti yang paling luas) yang paling dekat dengan bidang Biologi umum klasik. Fokus dari computational biology adalah gerak evolusi, populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel. Tak dapat dielakkan bahwa Biologi Molekul cukup penting dalam computational biology, namun itu bukanlah inti dari disiplin ilmu ini. Pada penerapan computational biology, model-model statistika untuk fenomena biologi lebih disukai dipakai dibandingkan dengan model sebenarnya. 

Dalam beberapa hal cara tersebut cukup baik mengingat pada kasus tertentu eksperimen langsung pada fenomena biologi cukup sulit. Tidak semua dari computational biology merupakan Bioinformatika, seperti contohnya Model Matematika bukan merupakan Bioinformatika, bahkan meskipun dikaitkan dengan masalah biologi.

Cheminformatics
Cheminformatics adalah kombinasi dari sintesis kimia, penyaringan biologis, dan pendekatan data-mining yang digunakan untuk penemuan dan pengembangan obat (Cambridge Healthech Institute’s Sixth Annual Cheminformatics conference). Pengertian disiplin ilmu yang disebutkan di atas lebih merupakan identifikasi dari salah satu aktivitas yang paling populer dibandingkan dengan berbagai bidang studi yang mungkin ada di bawah bidang ini.

Salah satu contoh penemuan obat yang paling sukses sepanjang sejarah adalah penisilin, dapat menggambarkan cara untuk menemukan dan mengembangkan obatobatan hingga sekarang –meskipun terlihat aneh–. Cara untuk menemukan dan mengembangkan obat adalah hasil dari kesempatan, observasi, dan banyak proses kimia yang intensif dan lambat. Sampai beberapa waktu yang lalu, disain obat dianggap harus selalu menggunakan kerja yang intensif, proses uji dan gagal (trial-error process).

Kemungkinan penggunaan TI untuk merencanakan secara cerdas dan dengan mengotomatiskan proses-proses yang terkait dengan sintesis kimiawi dari komponen-komponen pengobatan merupakan suatu prospek yang sangat menarik bagi ahli kimia dan ahli biokimia. Penghargaan untuk menghasilkan obat yang dapat dipasarkan secara lebih cepat sangatlah besar, sehingga target inilah yang merupakan inti dari cheminformatics.
Ruang lingkup akademis dari cheminformatics ini sangat luas. Contoh bidang minatnya antara lain: Synthesis Planning, Reaction and Structure Retrieval, 3-D Structure Retrieval, Modelling, Computational Chemistry, Visualisation Tools and Utilities.

Genomics
Genomics adalah bidang ilmu yang ada sebelum selesainya sekuen genom, kecuali dalam bentuk yang paling kasar. Genomics adalah setiap usaha untuk menganalisa atau membandingkan seluruh komplemen genetik dari satu spesies atau lebih. Secara logis tentu saja mungkin untuk membandingkan genom-genom dengan membandingkan kurang lebih suatu himpunan bagian dari gen di dalam genom yang representatif.

Mathematical Biology
Mathematical biology lebih mudah dibedakan dengan Bioinformatika daripada computational biology dengan Bioinformatika. Mathematical biology juga menangani masalah-masalah biologi, namun metode yang digunakan untuk menangani masalah tersebut tidak perlu secara numerik dan tidak perlu diimplementasikan dalam software maupun hardware. Bahkan metode yang dipakai tidak perlu “menyelesaikan” masalah apapun; dalam mathematical biology bisa dianggap beralasan untuk mempublikasikan sebuah hasil yang hanya menyatakan bahwa suatu masalah biologi berada pada kelas umum tertentu. 

Istilah proteomics pertama kali digunakan untuk menggambarkan himpunan dari protein-protein yang tersusun (encoded) oleh genom. Ilmu yang mempelajari proteome, yang disebut proteomics, pada saat ini tidak hanya memperhatikan semua protein di dalam sel yang diberikan, tetapi juga himpunan dari semua bentuk isoform dan modifikasi dari semua protein, interaksi diantaranya, deskripsi struktural dari proteinprotein dan kompleks-kompleks orde tingkat tinggi dari protein, dan mengenai masalah tersebut hampir semua pasca genom. 

Pharmacogenomics
Pharmacogenomics adalah aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada identifikasi dari target-target obat. Contohnya meliputi menjaring semua genom untuk penerima yang potensial dengan menggunakan cara Bioinformatika, atau dengan menyelidiki bentuk pola dari ekspresi gen di dalam baik patogen maupun induk selama terjadinya infeksi, atau maupun dengan memeriksa karakteristik pola-pola ekspresi yang ditemukan dalam tumor atau contoh dari pasien untuk kepentingan diagnosa (kemungkinan untuk mengejar target potensial terapi kanker). 

Istilah pharmacogenomics digunakan lebih untuk urusan yang lebih “trivial” — tetapi dapat diargumentasikan lebih berguna– dari aplikasi pendekatan Bioinformatika pada pengkatalogan dan pemrosesan informasi yang berkaitan dengan ilmu Farmasi dan Genetika, untuk contohnya adalah pengumpulan informasi pasien dalam database.

Pharmacogenetics
Tiap individu mempunyai respon yang berbeda-beda terhadap berbagai pengaruh obat; sebagian ada yang positif, sebagian ada yang sedikit perubahan yang tampak pada kondisi mereka dan ada juga yang mendapatkan efek samping atau reaksi alergi. Sebagian dari reaksi-reaksi ini diketahui mempunyai dasar genetik. Pharmacogenetics adalah bagian dari pharmacogenomics yang menggunakan metode genomik/Bioinformatika untuk mengidentifikasi hubungan-hubungan genomik, contohnya SNP (Single Nucleotide Polymorphisms), karakteristik dari profil respons pasien tertentu dan menggunakan informasi-informasi tersebut untuk memberitahu administrasi dan pengembangan terapi pengobatan. 

Secara menakjubkan pendekatan tersebut telah digunakan untuk “menghidupkan kembali” obat-obatan yang sebelumnya dianggap tidak efektif, namun ternyata diketahui manjur pada sekelompok pasien tertentu. Disiplin ilmu ini juga dapat digunakan untuk mengoptimalkan dosis kemoterapi pada pasien-pasien tertentu. Gambaran dari sebagian bidang-bidang yang terkait dengan Bioinformatika di atas memperlihatkan bahwa Bioinformatika mempunyai ruang lingkup yang sangat luas dan mempunyai peran yang sangat besar dalam bidangnya. Bahkan pada bidang pelayanan kesehatan Bioinformatika menimbulkan disiplin ilmu baru yang menyebabkan peningkatan pelayanan kesehatan.





Berikut ini Program yang dapat dijadikan sebagai BioInformatika:
Program Simulasi Gromacs
GROMACS (GROningen Machine for Chemical Simulation) merupakan suatu perangkat lunak berbasis Unix/Linux yang dikembangkan oleh Departemen Kimia Universitas Groningen Belanda pada era 1990an untuk keperluan simulasi molecular dynamics. Prangkat lunak ini dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman ANSI C dan merupakan perangkat lunak yang bersifat open source dibawah lisensi GPL (GNU General Public License) (Van Der Spoel et al. 2005).
Konsep sains dalam pengembangan GROMACS yaitu untuk menyediakan program dengan sejumlah kode program yang dapat digunakan secara luas dan effisien dalam MD, terutama simulasi (makro)molekul biologis dalam lingkungan cairan dan membran dan mampu berjalan optimum pada satu buah prosesor sama baiknya seperti penggunaan sistem komputer secara paralel. GROMACS tidak hanya menggunakan konsep mikrokanonis mekanika Hamiltonian dalam proses komputasinya tetapi juga mengunakan pendekatan dinamika stokastik (SD) yang di dalamnya mencakup konsep dinamika Langevin dan Brownian serta minimisasi energi (EM). Selain itu, berbagai gabungan metode untuk mengukur temperatur dan tekanan juga termasuk dalam pengembangannya. GROMACS juga memungkinkan adanya gaya eksternal yang dapat diaplikasikan untuk menguatkan ketidaksetimbangan dinamik. Atom-atom dapat dikelompokkan dalam grup khusus untuk tujuan partisipasi selektif dalam proses dinamik atau analisis energi secara mendetail. Paket program GROMACS juga menyediakan sejumlah besar program analisis mulai dari analisis grafis trajektori sampai mode normal dan analisis dasar komponen dari proses fluktuasi atau perubahan yang terjadi pada suatu struktur (Van Der Spoel et al. 2005).
GROMACS merupakan program simulasi MD yang diklaim sebagai program yang cepat, fleksibel, dan bersifat bebas oleh para pengembangnya (Van Der Spoel et al. 2005). Parameter yang digunakan sebagai input dalam menjalankan simulasi MD dapat menggunakan format file dari program simulasi MD lainnya, begitu juga dengan algoritma untuk menghitung energi ataupun interaksi yang terjadi dalam simulasi bersifat kompatibel dengan program yang sejenis. Program GROMACS berjalan lebih cepat dalam proses ruuning programnya karena menggunakan proses stokastik dalam metode komputasinya dan mendukung operasional secara multiparalel menggunakan beberapa prosesor sekaligus dalam penghitungan prosesnya. GROMACS termasuk program yang memiliki lisensi publik dalam pengembangan perangkat lunaknya oleh karena itu program tersebut dapat dikembangkan oleh siapa saja dan bersifat terbuka bagi kode program dan dokumentasinya (Van Der Spoel et al. 2005).
GROMACS menggunakan prinsip dan teori dasar MD dari hukum-hukum fisika, matematika, statistika, dan kimia dalam pengembangan algoritma dan proses komputasinya. GROMACS saat ini sudah banyak digunakan untuk mempelajari mengenai struktur biologis dengan menggunakan metode MD. Beberapa aplikasi yang dapat dilakukan menggunakan GROMACS yaitu simulasi membran, simulasi protein membran, interaksi molekul dengan sinar X, studi tentang mekanika kuantum dan mekanika klasik, simulasi pembentukan konformasi 3D protein (folding), mekanisme docking suatu ligan dengan molekul tertentu, ataupun pengujian stabilitas suatu (makro)molekul (Van Der Spoel et al. 2005).


Pustaka:
Van Der Spoel D, Lindahl E, Hess B, Groenhof G, Mark AE, Berendsen HJC. 2005. GROMACS: Fast. Flexible, and Free. J.of Compt Chem 16:1701-1718.

Program Pemodelan Protein : MODELLER

Pendekatan lain dalam metodologi prediksi struktur yaitu, pemodelan komparatif (comparative modeling) (Marti-Renom et al.. 2000), yang didasarkan pada adanya persamaan pada struktur homolog protein lain. Ketika struktur protein dalam satu famili telah diketahui secara eksperimental, maka struktur untuk anggota famili protein yang lain dapat diketahui berdasarkan model dari pensejajaran struktur yang telah diketahui tersebut.
Pemodelan komparatif memungkinkan pembuatan model struktur 3D suatu protein yang sekuen asam aminonya diketahui, tetapi strukturnya tidak diketahui, menggunakan protein lain yang diketahui sekuen dan strukturnya sebagai cetakan (template) (Sali & Blundell 1993; Sanchez & Sali 1997; Marti-Renom et al. 2000). Kondisi yang dibutuhkan agar pemodelan berjalan dengan baik adalah (i) adanya persamaan antara sekuen target dan struktur template, dan (ii) pensejajaran yang signifikan antara kedua struktur tersebut (Sali & Blundell 1993).
Pemodelan komparatif secara umum terdiri atas lima tahapan yang berurutan. Tahapan awal adalah pencarian protein yang telah diketahui struktur tiga dimensinya yang berhubungan dengan sekuen target, biasanya pencarian dilakukan pada basis data ProteinBank (PDB). Tahapan kedua yaitu memilih struktur yang akan dijadikan sebagai template. Ketiga, pensejajaran sekuen template dan sekuen target. Tahap keempat, pembuatan model berdasarkan informasi sekuen target yang telah disejajarkan dengan struktur template. Tahap kelima yaitu mengevaluasi model dengan kriteria tertentu (Fiser, Do, Sali 2000).
MODELLER merupakan program komputer yang dirancang khusus untuk pemodelan struktur protein secara homologi atau komparatif. Program ini akan memodelkan secara otomatis struktur protein yang memuat semua atom yang mungkin terdapat pada struktur aslinya (kecuali atom hidrogen). Data masukan yang diperlukan untuk melakukan pemodelan struktur protein dengan program ini, adalah data hasil pensejajaran sekuen antara sekuen target dan sekuen cetakan (template), informasi koordinat atom-atom struktur cetakan, dan baris perintah untuk menjalankan program (script) (Sali & Blundell 1993). Selain membuat model struktur, MODELLER juga dapat melakukan pemantauan proses pelipatan (fold), pensejajaran dua sekuen protein, pensejajaran berbagai sekuen protein dan strukturnya, pengelompokkan sekuen dan struktur, dan pemodelan secara ab initio bagian loop struktur protein (Sali & Blundell 1993; Eswar et al. 2005).




0 komentar:

Posting Komentar