Bioinformatika: Béda antara owahan

'''Bioinformatika''' ([[basa Inggris]]: ''bioinformatics'') iku ([[èlmu]] sing nyinaoni) panrapan tèkniktèhnik [[komputasi]]onal kanggo nglola lan nganalisis informasi [[biologi]]s. BidangBabagan iki nyakup panrapan métodhe-métodhe [[matématika]], [[statistika]], lan [[informatika]] kanggo mecahaké masalah-masalah biologis, utamanémligi kanthi migunaakémigunakaké sekuens [[DNA]] lan [[asam amino]] sarta informasi sing ana kaitané. Conto topik utama bidangbabagan iki ngliputi [[basis data]] kanggo ngelolangemunah informasi biologis, panyejajaran sekuens (''sequence alignment''), prédiksi struktur kanggo ngramalaké wangun struktur [[protein]] uga struktur sékundhèr [[RNA]], analisis [[filogenetika|filogenetik]], lan analisis ekspresièksprèsi [[gen]].

Istilah ''bioinformatics'' wiwit diwedharaké ing tengah éra [[1980]]-an kanggo ngacu panrapan [[komputer]] ing biologi. Éwadéné mangkono, panrapan bidangbabagan-bidangbabagan ing bioinformatika (kaya panggawéan basis data lan pangembangan [[algoritma]] kanggo analisis [[sekuens biologis]]) wis dilakokaké wiwit taun [[1960]]-an.

Kamajuan tekniktèhnik [[biologi molekular]] kanggo ndungkap sekuens biologis saka [[protein]] (wiwit awal [[1950]]-an) lan [[asam nukleat]] (wiwit 1960-an) miwiti mekaring basis data lan tekniktèhnik analisis sekuens biologis. Basis data sekuens protein wiwit dikembangaké taun [[1960]]-an ing [[Amérika Sarékat]], sauntara basis data sekuens DNA dikembangaké akir [[1970]]-an ing Amérika Sarékat lan [[Jerman]] (ing ''European Molecular Biology Laboratory'', Laboratorium Biologi Molekular [[Éropah]]). Panemon tekniktèhnik [[sekuensing]] DNA sing luwih cepetrikat ing tengah taun [[1970]]-an dadi landhesan dumadiné ledakan cacahé sekuens DNA sing kasil didungkapaké ing taun [[1980]]-an lan [[1990]]-an, dadi salah sawijining pambuka dalan kanggo proyèk-proyèk pandungkapan [[genom]], ningkataké kabutuhan marang panglolaan lan analisis sekuens, lan pungkasané njalari lairé bioinformatika.

Selaras kaliyan jinis informasi biologis sing disimpen, [[basis data]] sekuens biologis bisa arupa basis data primer kanggo nyimpen sekuens primer [[asam nukleat]] utawa [[protein]], basis data sekundersékundhèr kanggo nyimpen motif sekuens [[protein]], lan basis data struktur kanggo nyimpen data struktur protein utawa asam nukleat.

Basis data utama kanggo sekuens [[asam nukleat]] saiki ya iku [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.html GenBank] (Amérika Sarékat), [http://www.ebi.ac.uk/embl/ EMBL] (Éropah), lan [http://www.ddbj.nig.ac.jp/ DDBJ] (''DNA Data Bank of Japan'', [[Jepang]]). Katelu basis data kasebut kerjamakarya bebarengan lan ijol-ijolan data saben dina kanggo njaga kawiyaran cakupan saben basis data. Sumber utama data sekuens asam nukleat ya iku submisi langsung saka periset individual, proyèk sekuensing [[genom]], lan pandaftaran [[paten]]. Isi saliyané sekuens asam nukleat, entri ing basis data sekuens asam nukleat umumélumrahé ngandhut informasi ngenani jinis asam nukleat ([[DNA]] utawa [[RNA]]), jeneng [[organisme]] sumber asam nukleat kasebut, lan pustaka sing ana kaitané karo sekuens asam nukleat kasebut.

Sauntara iku, conto sapérangan basis data wigati sing nyimpen sekuens primer protein ya iku [http://pir.georgetown.edu/home.shtml PIR] (''Protein Information Resource'', Amérika Sarékat), [http://au.expasy.org/sprot/ Swiss-Prot] (Éropah), lan [http://www.ebi.ac.uk/trembl/ TrEMBL] (Éropah). Katelu basis data kasebut wis digabungaké ing [http://www.ebi.uniprot.org/index.shtml UniProt] (sing dana utamanémligi saka Amérika Sarékat). Entri ing UniProt ngandhut informasi ngenani sekuens protein, jeneng organisme sumber protein, pustaka sing ana kaitané, lan komentar sing umumélumrahé isiné panjlasan ngenani fungsi protein kasebut.

[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ '''BLAST'''] (''Basic Local Alignment Search Tool'') arupa perkakas bioinformatika sing gumandhéng raket karo panggunaan basis data sekuens biologis. Panlusuran BLAST (''BLAST search'') ing basis data sekuens mungelaké èlmuwan kanggo nggolèki sekuens asam nukleat uga protein sing mèmper karo sekuens tinentu sing diduwèni. Bab iki migunani umpamané kanggo nemokaké [[gen]] sajenis ing sapérangan [[organisme]] utawa kanggo mriksa kaabsahan asil [[sekuensing]] uga kanggo mriksa fungsi gen asil sekuensing. [[Algoritma]] sing ndhasari kerjamakarya BLAST ya iku panyejajaran sekuens.

[http://www.rcsb.org/pdb/ PDB] (''Protein Data Bank'', Bank Data Protein) ya iku basis data tunggal sing nyimpen modhèl struktural telung dimensi [[protein]] lan [[asam nukleat]] asil panemton eksperimental (kanthi [[kristalografi sinar-X]], [[spektroskopi NMR]] lan [[mikroskopi elektronèlèktron]]). PDB nyimpen data struktur minangka [[koordinat telung dimensi]] sing nggambaraké posisi [[atom]]-atom ing njero protein utawa asam nukleat.

'''Panyejajaran sekuens''' ('''''sequence alignment''''') ya iku prosès panyusunan/pangaturan loro utawa luwih [[sekuens]] saéngga pepadhan sekuens-sekuens kasebut katon nyata. Asil saka prosès kasebut uga disebutingaran minangka ''sequence alignment'' utawa ''alignment'' waé. Larik sekuens ing sawijining ''alignment'' diwènèhi sisipan (umumélumrahé kanthi tandha "–") saéngga kolom-kolomé ngamot karakter sing identik utawa padha ing antarané sekuens-sekuens kasebut. Ing ngisor iki conto ''alignment'' DNA saka rong sekuens cendhak DNA sing béda, "ccatcaac" lan "caatgggcaac" (tandha "|" nedahaké kacocokan utawa ''match'' ing antarané loro sekuens iku).

''Sequence alignment'' arupa metodemétodhe dhasar ing analisis sekuens. MetodeMétodhe iki digunaakédigunakaké kanggo nyinaoni [[évolusi]] sekuens-sekuens saka leluhur sing padha (''common ancestor''). Ora cocoké (''mismatch'') ing ''alignment'' diasosiasikaké kanthi prosès [[mutasi]], éwadéné kasenjangan (''gap'', tandha "–") diasosiasikaké kanthi prosès insersi utawa delesi. ''Sequence alignment'' mènèhi [[hipotesishipotèsis]] marang prosès [[évolusi]] sing dumadi ing sekuens-sekuens kasebut. Umpamané, loro sekuens ing conto ''alignment'' ing ndhuwur bisa dadi évolusi saka sekuens sing padha "ccatgggcaac". Ing kaitané karo bab iki, ''alignment'' uga bisa nedahaké posisi-posisi sing dipertahankan (''conserved'') sakwéné évolusi ing sekuens-sekuens [[protein]], sing nedahaké yèn posisi-posisi kasebut bisa dadi wigati kanggo struktur utawa fungsi protein kasebut.

Saliyané iku, ''sequence alignment'' uga dipigunaaké kanggo nggolèki sekuens sing mèmper utawa padha ing [[basis data]] sekuens. BLAST ya iku metodemétodhe ''alignment'' sing asring dipigunaaké ing panlusuran basis data sekuens. BLAST migunaakémigunakaké algoritma [[heuristik]] ing panyusunan ''alignment''.

Sapérangan metodemétodhe ''alignment'' liya sing ndhisiki BLAST ya iku metodemétodhe "Needleman-Wunsch" lan "Smith-Waterman". MetodeMétodhe Needleman-Wunsch digunaakédigunakaké kanggo nyusun '''''alignment'' global''' ing antarané loro utawa luwih sekuens, ya iku ''alignment'' kanggo sadawané sekuens kasebut. MetodeMétodhe Smith-Waterman ngasilaké '''''alignment'' lokal''', ya iku alignment kanggo bagéan-bagéan njero sekuens. Kaloro metodemétodhe kasebut nerapaké [[pamrograman dinamik]] (''dynamic programming'') lan mung efektif kanggo ''alignment'' rong sekuens ('''''pairwise alignment''''')

MetodeMétodhe liya sing bisa ditrepaké kanggo ''alignment'' sekuens ya iku metodemétodhe sing gegandhéngan karo '''''Hidden Markov ModelModhèl''''' ("Modhél Markov Kadhelikaké", '''HMM'''). HMM iku modhèl statistika sing mula bukané dipigunaaké ing [[èlmu komputer]] kanggo ngenali wicaraning [[menungsa|Manungsa]] (''speech recognition''). Saliyané dipigunaaké kanggo alignment, HMM uga dipigunaaké ing metodemétodhe-metodemétodhe analisis sekuens liyané, kaya prediksi laladan pawènèh kodekodhe protein ing [[genom]] lan prédhiksi struktur sékundhèr protein.

[[Gambar:Hemagglutinin molecule.png|thumb|right|ModelModhèl protein hemaglutinin saka [[virus]] [[influensa]]]]

Sacara kimia/fisika, wangun struktur [[protein]] didungkap kanthi [[kristalografi sinar-X]] utawa kanthi [[spektroskopi NMR]], nanging rong metodemétodhe iki banget ngentèkaké wektu lan rélatif larang. Sauntara iku, metodemétodhe [[sekuensing]] protein rélatif luwih gampang ndungkap [[sekuens]] [[asam amino]] protein. Prédhiksi struktur protein ngupaya ngramalaké struktur telung dimensi protein adhedhasar sekuens asam aminoné (kanthi tembung liya, ngramalaké struktur tersier lan struktur sékundhèr adhedhasar struktur primer protein). Sacara umumLumrahé, metodemétodhe prédhiksi struktur protein sing ana saiki bisa dikategoriaké dadi rong klompokgolongan, ya iku metodemétodhe pamodhèlan protein komparatif lan metodemétodhe pamodhèlan ''de novo''.

'''Pamodhèlan protein komparatif''' (''comparative protein modelling'') ngramalaké struktur sawijining protein adhedhasar struktur protein liya sing wis dimangertènidingertèni. Salah siji panrapan metodemétodhe iki ya iku '''pamodhèlan homologi''' (''homology modelling''), ya iku prédhiksi struktur tersier protein adhedhasar pepadhan struktur primer protein. Pamodhèlan homologi didhasaraké ing [[teoritéyori]] yèn rong protein sing [[homolog]] nduwèniduwé struktur sing mèmper banget siji lan sijiné. Ing metodemétodhe iki, struktur sawijining protein (disebutingaran protein target) ditemtokaké adhedhasar struktur protein liya (protein templat) sing wis dingertèni lan nduwèniduwé kamèmperan sekuens karo protein target kasebut. Saliyané iku, panrapan liya pamodhèlan komparatif ya iku '''''protein threading''''' sing didhasaraké ing kamèmperan struktur tanpa kamèmperan sekuens primèr. Latar wingking ''protein threading'' ya iku struktur protein luwih dikonservasi tinimbang sekuens protein sakwéné évolusi; laladan-laladan sing wigati kanggo fungsi protein dipertahankan strukturé. Ing pandekatan iki, struktur sing paling kompatibel kanggo sawijining sekuens asam amino dipilih saka kabèh jinis struktur telung dimensi protein sing ana. MetodeMétodhe-metodemétodhe sing kagolong ing ''protein threading'' ngupaya nemtokaké tingkat kompatibilitas kasebut.

Ing pandekatan '''''de novo''''' utawa ''ab initio'', struktur protein ditemtokaké saka sekuens primèré tanpa mbandhingaké karo struktur protein liya. Ana akèh kamungelan ing pandekatan iki, umpamané kanthi nirokaké prosès panglipetan (''folding'') protein saka sekuens primèré dadi struktur tersieré (umpamané kanthi simulasi [[dinamika molekular]]), utawa kanthi optimisasi global fungsi energiènergi protein. Prosedur-prosedur iki luwih mbutuhaké prosès komputasi sing intens, saéngga saiki mung dipigunaaké nalika nemtokaké struktur protein-protein cilik. Sapérangan usaha wis dilakokaké kanggo ngatasi kakurangan sumber daya komputasi kasebut, umpamané kanthi [[superkomputer]] (umpamané superkomputer [[Blue Gene]] [http://www.research.ibm.com/bluegene/] saka [[IBM]]) utawa [[komputasi kadistribusi]] (''distributed computing'', umpamané proyèk [http://folding.stanford.edu/ Folding@home]) uga [[komputasi grid]].

=== Analisis ekspresièksprèsi gen ===

[[Gambar:Bcr746-2-l.jpg|thumb|right|Analisis klastering ekspresièksprèsi gen ing [[kanker payudara]]]]

[[Ekspresi genetik|Ekspresi gen]] bisa ditemtokaké kanthi ngukur kadar [[mRNA]] kanthi manéka warna tekniktèhnik (umpamané kanthi [http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_microarray ''microarray''] utawa uga [http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Analysis_of_Gene_Expression ''Serial Analysis of Gene Expression''] ["Analisis Serial Ekspresi Gen", SAGE]). Teknik-tekniktèhnik kasebut umumélumrahé diterapaké ing analisis ekspresièksprèsi gen skala gedhé sing ngukur ekspresièksprèsi akèh [[gen]] (malah uga [[genom]]) lan ngasilaké data skala gedhé. MetodeMétodhe-metodemétodhe panggolèkan data (''data mining'') ditrepaké ing data kasebut supaya antuk pola-pola informatif. Minangka conto, metodemétodhe-metodemétodhe komparasi dipigunaaké kanggo mbandhingaké ekspresièksprèsi ing antarané gen-gen, sauntara metodemétodhe-metodemétodhe klastering (''clustering'') dipigunaaké kanggo martisi data kasebut andhedhasar pepadhan ekspresièksprèsi gen.

Saiki mata ajaran bioinformatika uga mata ajaran kanthi muatanmomotan bioinformatika wis diwulangaké ing sapérangan [[perguruanpawiyatan tinggiluhur]] ing [[Indonésia]]. [http://www.sith.itb.ac.id Sekolah Èlmu lan Teknologi Hayati] [[ITB]] nawakaké mata kuliah "Pengantar Bioinformatika" kanggo program Sarjana lan mata kuliah "Bioinformatika" kanggo program Pascasarjana. Fakultas Teknobiologi [[Universitas Atma Jaya]], [[Jakarta]] nawakaké mata kuliah "Pengantar Bioinformatika". Mata kuliah "Bioinformatika" diwulangaké ing Program Pascasarjana Kimia Fakultas MIPA [[Universitas Indonésia]] (UI), Jakarta. Mata kuliah "Proteomik lan Bioinformatika" kalebu ing kurikulum program S3 bioteknologi [[Universitas Gadjah Mada]] (UGM), [[Yogyakarta]]. Materi bioinformatika kalebu ing njeron silabus sapérangan mata kuliah kanggo program [[sarjana]] uga [[pascasarjana]] biokimia,biologi, lan bioteknologi ing [[Institut Pertanian Bogor]] (IPB). Saliyané iku, riset-riset sing ngarah ing bioinformatika uga wis dileksanakaké déning mahasiswa program S1 Èlmu Komputer uga program pascasarjana biologi sarta bioteknologi IPB.

Riset bioinformatika protein dileksanakaké minangka bagéan saka aktivitas riset rékayasa protein ing Laboratorium Rekayasa Protein, Pusat Panlitèn Bioteknologi [[Lembaga Èlmu Pangetauan Indonésia]] (LIPI), [[Cibinong]], [[Bogor]]. [[Lembaga Biologi Molekul Eijkman]], Jakarta, sacara khususmirunggan nduwé laboratorium bioinformatika minangka fasilitas panunjang kagiyatan riseté. Saliyané iku, basis data sekuens DNA [[mikroorganisme]] asli Indonésia gèk dikembangaké ing UI.