[Softskill] Pengantar Komputasi Modern: Komputasi Biologi

Komputasi Biologi

Komputasi

Komputasi adalah sebuah istilah umum untuk segala jenis pemrosesan informasi untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma. Teori komputasi ini dapat diimplementasikan kedalam bidang – bidang tertentu. Implementasi bidang – bidang yang berkaitan dengan teori komputasi yaitu :

• ·         Fisika
• ·         Kimia
• ·         Matematika
• ·         Ekonomi
• ·         Geografi
• ·         Geologi
• ·         Biologi

      Yang akan dijelaskan pada artikel ini adalah pengertian, tujuan, contoh implementasi komputasi pada bidang biologi. Implementasi pada bidang bilogi adalah Bioinformatika yang termasuk kedalam bidang ilmu komputasi modern. 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 filo genetik, dan analisis ekspresi gen.

Tujuan Bioinformatika

Bioinformatika Memungkinkan penemuan wawasan biologi baru serta untuk menciptakan perspektif global dimana prinsip-prinsip pemersatu dalam biologi dapat dilihat.

Bioinformatika digunakan untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Perangkat utama dari Bioinformatika adalah program software (perangkat lunak) dan didukung oleh kesediaan internet.

Beberapa bidang yang berhubungan dengan komputasi biologi

• Biophysics

Biophysics adalah sebuah bidang interdisipliner yang mengaplikasikan teknik-teknik dari ilmu Fisika untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical Society).

• Computational Biology

Computational biology merupakan bagian dari Bioinformatika yang paling dekat dengan bidang Biologi umum klasik. Fokus dari computational biologyadalah gerak evolusi, populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel.

• Medical Informatics

Medical informatics adalah sebuah disiplin ilmu yang baru yang didefinisikan sebagai pembelajaran, penemuan dan implementasi dari struktur dan algoritma untuk meningkatkan komunikasi, pengertian dan manajemen informasi medis.

• 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).

• 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.

• Mathematical Biology

Mathematical biology menangani masalah-masalah biologi, namun metode yang digunakan untuk menangani masalah tersebut tidak perlu secara numerik dan tidak perlu diimplementasikan dalam software maupun hardware.

• Proteomics

Proteomics berkaitan dengan studi kuantitatif dan kualitatif dari ekspresi gen di level dari protein-protein fungsional itu sendiri. Yaitu: “sebuah antarmuka antara biokimia protein dengan biologi molekul”.

• Pharmacogenomics

Pharmacogenomics adalah aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada identifikasi dari target-target obat.

• Pharmacogenetics

Pharmacogenetics adalah bagian dari pharmacogenomics yang menggunakan metode genomik atau Bioinformatika untuk mengidentifikasi hubungan- hubungan genomik.

Banyak perusahaan-perusahaan dibidang teknologi modern yang sudah melakukan research sejak beberapa tahun sebelumnya di bidang komputasi biologi ini. Contoh nya Microsoft yang sudah mengembangkan beberapa teknologi berdasarkan komputasi biologi, yang dapat dilihat dibawah ini

·         Microsoft’s “Biological Computing” lab aims to fight diseases by reprogramming cells. Fast Company, 20 September 2016.

·         How Microsoft computer scientists and researchers are working to ‘solve‘ cancer. Microsoft, 20 September 2016.

·         DNA gets with the program. Chemistry World, 27 January 2015.

·         The revolution in biology is here, now. O’Reilly Radar, 9 December 2014.

·         Creating tools and algorithms that unlock the power of living cells. Microsoft Next, 4 December 2014.

·         Windows bug-testing software cracks stem cell programs. New Scientist, 11 June 2014.

Banyak lagi contoh penerapan bionformatika

Bioinformatika dalam Dunia Kedokteran

1. Bioinformatika dalam bidang klinis

Perananan Bioinformatika dalam bidang klinis ini sering juga disebut sebagai informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi dari clinical informatics ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari pasien melalui Electrical Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement J.

McDonald dari Indiana University School of Medicine pada tahun 1972 [5]. McDonald pertama kali mengaplikasikan EMR pada 33 orang pasien penyakit gula (diabetes). Sekarang EMR ini telah diaplikasikan pada berbagai penyakit. Data yang disimpan meliputi data analisa diagnosa laboratorium, hasil konsultasi dan saran, foto ronsen, ukuran detak jantung, dll. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai dengan kondisi pasien tertentu. Lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang, sehingga personal care terhadap pasien menjadi lebih akurat.

2. Bioinformatika untuk penemuan obat

Usaha penemuan obat biasanya dilakukan dengan penemuan zat/senyawa yang bisa menekan perkembangbiakan suatu agent penyebab penyakit. Karena banyak faktor yang bisa mempengaruhi perkembangbiakan agent tersebut, faktor-faktor itulah yang dijadikan target. Diantara faktor tersebut adalah enzim-enzim yang diperlukan untuk perkembangbiakan suatu agent. Langkah pertama yang dilakukan adalah analisa struktur dan fungsi enzim-enzim tersebut. Kemudian mencari atau mensintesa zat/senyawa yang bisa menekan fungsi dari enzim-enzim tersebut.

Penemuan obat yang efektif adalah penemuan senyawa yang berinteraksi dengan asam amino yang berperan untuk aktivitas (active site) dan untuk kestabilan enzim tersebut.

Walaupun dengan sarana Bioinformatika bisa diperkirakan senyawa yang berinteraksi dan menekan fungsi suatu enzim, hasilnya harus dikonfirmasi melalui eksperiment di laboratorium. Namun dengan Bioinformatika, semua proses ini bisa dilakukan lebih cepat sehingga lebih efesien baik dari segi waktu maupun finansial.

Contoh aplikasi Bioinformatika

·         TraqBio

·         AplusB

·         VennPainter

·         BioSig3D

·         pGenN

Kesimpulan

                Sejak ditemukannya Bioinformatika banyak informasi-informasi di bidang biologi yang lebih mudah didapat sehingga masalah-masalah yang rumit dapat diselesaikan lebih cepat. Kemajuan dalam bidang Bioinformatika telah mendorong ilmu-ilmu yang memanfaatkannya. Berbagai tool dan software telah dikembangkan untuk mempermudah penerapan dari Bioinformatika. Walaupun hasil yang didapatkan dengan menggunakan tool bioinformatika ini hanya memberikan data-data sebagai bahan pertimbangan, bukan hasil akhir, dengan bioinformatika pekerjaan menjadi cepat karena kita tidak harus melakukan eksperimen secara try and error.

Referensi

http://komputasi.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1247362701
http://pradinels.over-blog.com/2016/06/penerapan-komputasi-modern-di-bidang-kesehatan-kimia-dan-biologi.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Computational_biology
https://www.plos.org/
https://www.microsoft.com/en-us/research/group/biological-computation/

file PDF
file Word