Prinsip Genomik untuk Programming Bio Informatika

Bioinformatika 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. 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.Pada artikel kali ini saya akan mengupas tentang prinsip-prinsip biologi molekular/genomik yang harus dipahami jika ingin mendalami bioinformatika. Prinsip yang mendasari bioinformatika tersebut adalah dogma sentral. Apakah dogma sentral itu?

Dogma Sentral, prinsip utama dalam biologi molekuler

Prinsip dogma sentral adalah jantung dari setiap modeling/simulasi yang dilakukan oleh aplikasi bioinformatika. Apakah dogma sentral itu? Penjelasan secara sederhana, dogma sentral adalah alur informasi genetik. Gambar dibawah ini mendeskripsikan bagaimana dogma sentral bekerja:

Seperti yang dijabarkan oleh gambar tersebut, dogma sentral melibatkan tiga biopolimer, yaitu DNA, RNA, dan Protein. Definisi dari biopolimer tersebut akan dijelaskan satu persatu. DNA dan RNA adalah asam nukleat yang merupakan materi genetik. Secara biokimia, perbedaan DNA dan RNA terletak pada keberadaan gugus okso di RNA, namun di DNA tidak ada. Sementara, protein adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari asam amino. Ketiga biopolimer tersebut terlibat dalam interaksi dogma sentral, dan memiliki perannya masing-masing.

Seperti yang telah dijabarkan pada gambar diatas, maka ada dua jalur dogma sentral, yaitu jalur umum dan spesial. Artikel ini tidak akan menjelaskan jalur spesial, sebab ini hanya terjadi pada kasus yang sangat khusus. Jalur umum akan dijelaskan sebagai berikut.

Pada gambar, dimana terdapat loop di bagan DNA, maka loop tersebut adalah langkah replikasi DNA. Langkah ini sangat diperlukan untuk menduplikasi DNA, dalam rangka menwariskan materi genetik tersebut kepada anak sel. Kemudian, bagan panah dari DNA ke RNA, adalah langkah transcripsi. Langkah ini berguna untuk mentransfer informasi genetik yang masih tersimpan di DNA, kepada messenger RNA (mRNA). Lalu, langkah yang menjadi ‘ujung tombak’ bagi proses dogma sentral adalah translasi, yang diwakili di bagan panah dari RNA ke Protein. Translasi adalah proses yang merupakan manifestasi informasi genetik kepada sel.

Lalu, bagaimana mengimplementasikan teori ini menjadi suatu algoritma yang siap pakai pada aplikasi atau skript?

Implementasi Dogma Sentral pada program/script

Prinsip dogma sentral telah banyak diaplikasikan pada berbagai tools dan script yang tersedia di dunia maya, dan mayoritas dari mereka telah dipublikasi pada jurnal internasional yang peer reviewed. Salah satunya adalah BLAST (Basic Local Alignment Search Tools). Sesuai dengan namanya, tools ini berfungsi sebagai algoritma untuk membandingkan informasi urutan primer biologis, seperti urutan asam amino dari berbagai protein, atau nukleotida dari urutan DNA. Search BLAST dapat membantu peneliti untuk membandingkan query urutan dengan kepustakaan atau database urutan-urutan, dan mengidentifikasi urutan kepustakaan sesuai dengan ambang batas tertentu. Prinsip cara kerjanya serupa dengan search engine pada umumnya. Hanya saja, di BLAST kita memberi input berupa urutan nukleotida dan asam amino saja. Situs web nya terdapat di http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/

Sebuah contoh lagi, yang merupakan implementasi dari prinsip dogma sentral, adalah tools translate dari Expasy. Tools ini berfungsi untuk menterjemahkan kode DNA, menjadi Protein. Aplikasi tersebut telah memiliki daftar kodon, yang merupakan tabel konversi DNA ke Protein. Situs web nya terdapat di http://www.expasy.ch/tools/dna.html

Tentu saja, ada banyak lagi aplikasi lain yang bersifat lanjutan. Prinsip dogma sentral telah diimplementasikan dengan menggunakan metode komputasi lainnya, misalnya hidden markov model, artificial neural network, support vector machine, dan lain-lain. Implementasi lanjut tersebut akan dibahas pada artikel lain.

Bioinformatika, Suatu langkah ke depan bersama-sama

Bioinformatika, sebagai suatu kajian multidisiplin, merupakan sebuah terobosan baru dalam dunia biomedis. Berbagai penyakit, seperti flu babi, kanker, aids, dan lainnya memiliki potensi untuk diatasi dengan bantuannya. Namun, untuk mengoptimalkan semua keunggulan bioinformatika, konsep-konsep biologi molekuler harus diimplementasikan dalam aplikasinya. Jika dogma sentral diimplementasikan secara optimal, maka desain aplikasi bioinformatika tersebut akan bekerja lebih baik. IT, sebagai tulang punggung bioinformatika, memainkan peran penting dalam hal ini.

Sumber: http://teknologi.kompasiana.com