Bioinformatika dari sisi Life Science

Point-point penting untuk bahan kuliah pengantar bioinformatika, pertemuan kedua (3 Oktober 2006)

  1. Memahami struktur secara bottom up : base, DNA,gen, genome, chromosome, nucleus, cell, tissue, body
  2. PerbedaanDNA antar individual tidak banyak, sekitar 1 per 1000 b (base-pair) . Kalau rata-rata panjang 1 gen sekitar 3000 b, maka banyaknya perbedaan antar individu adalah 3 b per-gen. Tetapi mengingat porsi DNA yang berfungsi sebagai gen hanya sekitar 3% dari seluruh genome (3 milyar b), maka perbedaan gen antar dua individual kurang dari 3. Lebih lanjut lagi, perbedaan antar suku bangsa, tentunya lebih rendah daripada perbedaan antar individual. Dengan kata lain, perbedaan antar suku bangsa tidak ter-representasikan pada perbedaan struktur genome diantara mereka. Genome bangsa kulit hitam, sama dengan genome kulit putih, dst.
  3. Life science sangat populer akhir-akhir ini. Apa beda life science dengan biologi ? Life science adalah satu cabang ilmu yang bertujuan untuk menguak fenomena kehidupan (life phenomenon), yang melibatkan berbagai disiplin lain : teknik, kedokteran, kimia, biologi, dsb. Dengan demikian life science memiliki spektrum yang lebih lebar daripada biologi.
  4. Masalah yang dibahas dalam bioinformatika telah mengalami pergeseran (shifting). Di masa lampau, setting masalah dilakukan oleh seorang biologist. Misalnya : analisa sekuens DNA, searching dari database, adalah tema-tema awal yang populer di pertengahan tahun 70-an. Masalah semacam ini sudah diketahui jawabannya. Fokus penelitian saat itu adalah bagaimana jawaban itu bisa diperoleh secepat mungkin, seefisien mungkin. Akan tetapi, dengan makin berkembangnya ilmu pengetahuan, semakin diketahui bahwa data yang dipakai pada era awal itu terlalu sederhana dan tidak mampu menjelaskan berbagai fenomena kehidupan yang kompleks. Hal ini yang melatarbelakangi pemakaian data yang semakin kaya, kompleks dan berdimensi tinggi. Misalnya data ekspresi gen, interaksi molekuler protein, dan berbagai jenis data baru yang lain. Pada taraf ini, biologist sekalipun belum mengetahui, informasi apakah yang mungkin diperoleh dari data itu. Jawabnya belum diketahui. Apakah yang dapat dibaca dari data yang demikian kompleks itu ? Dalam hal ini, setting masalah tidak cukup hanya dilakukan oleh biologist saja, tetapi dengan melibatkan bioinformaticist. Dengan demikian seorang yang ingin menekuni bidang bioinformatika sangat perlu untuk membekali dengan dasar-dasar biologi disamping dasar ilmu komputasi.
  5. Ekspresi gen dipengaruhi oleh informasi 4D, yaitu spatio-temporal sebuah sel.
  6. Menurut teori evolusi, lalat dan manusia, diperkirakan terpisah dari nenek moyang pada proses evolusi bermilyar tahun yang lalu. Struktur genetik sebelum berpisah dan sesudah perpisahan terjadi tidak terlalu berbeda. Tetapi mengapa akhirnya terdiferensiasikan menjadi dua buah makhluk yang sangat berbeda : lalat dan manusia ? Dari analisa sekuens DNA antara keduanya, diduga bahwa hal itu terjadi terjadi karena adanya duplikasi gen. Duplikasi gen ini setelah mengalami berbagai mutasi, akan saling berinteraksi dan membentuk cascade. Cascade ini relatif stabil, dan tersimpan dalam rantai evolusi hingga ke ancestor. Cascade ini selanjutnya akan terduplikasi, demikian seterusnya berulang-ulang, sehingga akhirnya terdiferensiasikan ke berbagai spesies makhluk hidup yang ada saat ini. Teori ini yang menjadi landasan, bahwa untuk menganalisa mekanisme pembentukan satu organ tertentu dan vital dari sebuah makhluk hidup yang kompleks (misalnya manusia), pendekatannya dapat dilakukan dengan menganalisa hal yang sama pada organ yang tidak vital pada makhluk yang lebih sederhana (lalat).
  7. Mekanisme development & diferensiasi
    1. Mekanisme utama yang menyertai proses development & diferensiasi terdiri dari 2, yaitu mekanisme molekuler yang memberikan informasi sumbu dan posisi relatif sebuah sel berdasrkan sumbu tsb.
    2. Sebuah sel mengetahui posisi dirinya dengan memakai reseptor permukaan sel yang berfungsi sebagai sensor terhadap morphogen. Morphogen ini adalah ligand yang berasal dari signal source, yang kepekatannya menurun seiring dengan makin jauhnya dari sumber. Posisi sel tersebut akan dapat ditentukan dari kepekatan morphogen yang diterima oleh reseptor. Selanjutnya informasi ini akan diteruskan ke inti sel, yang akan menyebabkan serangkaian proses sedemikian hingga gen tertentu akan teraktifasikan.
    3. Ada kalanya di satu sel, salah satu gen teraktifasi terus menerus, menyebabkan proses “digitalisasi”.
    4. Proses ini akan berulang-ulang dan berkelanjutan di tiap subdivisi, sehingga akhirnya membentuk sebuah organ, dan akhirnya sebuah body.
  8. Ekspresi dan fungsi
    1. Analisa ekspresi gen tidak selamanya menggiring kita pada kesimpulan yang tepat, karena ekspresi gen ini tidak lain adalah fungsi dari metode pengukuran. Karena itu jika metode itu mengalami perbaikan, bisa saja gen yang selama ini tidak terlihat terekpresi, menjadi terekspresikan.
    2. Analisa yang lebih reliable adalah berdasarkan ada tidaknya fungsi tertentu pada satu gen, bukan pada ekspresinya. Untuk itu, umumnya ditempuh dengan knock-out fungsi gen tertentu, untuk melihat efek yang terjadi. Ini disebut dengan mosaic analysis.
    3. Sayangnya object yang memungkinkan kita untuk melakukan mosaic analysis secara bebas hanya lalat buah (drosophilla). Untuk mamalia, metode mosaic analysis ini tidak mungkin diterapkan, sehingga terpaksa ditempuh pendekatan dengan analisa ekspresi gen, walaupun ada kelemahan sebagaimana dijelaskan di atas.
Iklan

Tentang Anto Satriyo Nugroho

My name is Anto Satriyo Nugroho. I am working as research scientist at Center for Information & Communication Technology, Agency for the Assessment & Application of Technology (PTIK-BPPT : Pusat Teknologi Informasi & Komunikasi, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi). I obtained my doctoral degree (Dr.Eng) from Nagoya Institute of Technology, Japan in 2003. My office is located in Serpong, Tangerang Selatan City. My research is on pattern recognition and image processing with applied field of interests on biometrics identification & development of computer aided diagnosis for Malaria. Should you want to know further information on my academic works, please visit my professional site at http://asnugroho.net
Pos ini dipublikasikan di biomedical eng. & bioinformatics, kuliah. Tandai permalink.

7 Balasan ke Bioinformatika dari sisi Life Science

  1. Davin Setiamarga berkata:

    Pak Anto,

    Salam kenal. Pernah kita “amprokan” di milis PPI Jepang dulu.

    Kebetulan waktu S2 di Todai dulu saya belajar developmental genetics dan sekarang di S3 lagi belajar evolusi molekuler / filogenetik molekuler.

    Kayaknya ada sedikit janggal di point no. 6 …..
    Memang ada duplikasi gen, tapi rasanya kejadian yang lebih dahsyat yang membuat bisa terbentuk 2 mahluk yang berbeda dari perangkat yang sama adalah bbrp diantaranya:
    1. “modularity” dari perangkat2 tersebut
    2. Duplikasi genome secara keseluruhan
    3. duplikasi gen (seperti yang bapak jelaskan di no. 6)
    4. “genetic tinkering” dari perangkat regulator
    5. “genetic tinkering” pada gen yang terduplikasi

    Mutasi pada gen yang terduplikasi tidak selalu berpengaruh pada cascade….. justru yang paling berpengaruh adalah mutasi / perubahan pada regulatory sequences (trans regulatory factor) – yaitu no. 4, 5 yg saya tulis sebelumnya Pak. Regulatory region in terdapat pada daerah yang kita anggap sebagai “junk DNA region”. Justru disini banyak sekali situs2 yang berikatan dengan berbagai transcriptional factors, Pak.

    Untuk no. 7, saya kok kurang paham maksudnya point 7.3. yang menyatakan “terdigitalisasi”? Maksudnya apa ya Pak?

  2. Terima kasih mas Davin atas masukannya. Materi yang saya pakai adalah tulisan Prof. Kaoru Saigo(http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/UG/intro.html#Saigo) di buku Chapter 2, Todai-Bioinformatics (高木 利久, 東京大学 バイオインフォマティクス集中講義, 羊土社, 2004). Tapi kesan saya, tulisan beliau di buku ini kurang jelas, dan tidak mudah diikuti oleh orang yang bukan bidangnya, seperti saya. Apakah ada referensi yang lebih baik mengenai developmental genetics, ya ? Seingat saya, saya sudah cari penjelasannya di ECB nya Bruce Alberts maupun buku-buku yang lain tapi nggak ketemu penjelasan yang “gamblang”.

    Mengenai digitalisasi, saya kutip dari penjelasan Saigo sensei pada bab yang sama. Misalnya dua buah gen X dan Y, untuk mengaktifkan transkripsi gen X memerlukan morphogen yang lebih pekat. Maka pada sel yang morphogennya lebih pekat, gen Y akan lebih terekspresi daripada X, sedangkan pada sel yang morphogennya lebih rendah kepekatannya, gen X akan lebih terekspresikan daripada Y. Jika diasumsikan X atau Y berusaha memperkuat ekspresi dirinya sendiri dan melemahkan ekspresi gen yang lain, akibatnya pada satu sel akan terjadi kompetisi yang menyebabkan salah satu dari X atau Y akan terekspresikan terus menerus. Ini menyebabkan terbentuknya batas yang jelas antara wilayah ekspresi gen yang satu dengan yang lain. Demikian yang dimaksudkan digitalisasi.

  3. Davin Setiamarga berkata:

    Pak Anto,

    Terima kasih banyak atas tanggapannya.

    Saya juga punya buku bioinformatics itu ….. karena beberapa bulan belakangan ini saya sedang punya “my boom”, yaitu belajar bioinformatics dan comparative genomics … tapi karena percobaan ngga kelar2 dan sibuk baito, akhirnya masih belum dibaca tuh buku …..
    Tulisan Saigo Sensei agak ngga jelas dan njelimet memang, Pak. Terus terang buku tsb, kalau kita ikuti kuliahnya di Todai, bisa dipahami, tapi kalau tanpa kuliah baca sendiri suka rada membingungkan ….. (-.-;)

    Saya ingat bagian penjelasan morphogen itu …. teori ini dikemukakan oleh Lewis Wolpert (dulu di Oxford, sekarang di UCL), yang dia beri nama “teori bendera prancis”. Ya seperti penjelasan Pak Anto itu, reaksi suatu sel terhadap suatu morfogen tertentu tergantung dari jarak dan posisi sel tersebut terhadap sel penghasil morfogen tadi.
    (Cuman saya tidak tahu kalau disebut digitalisasi …. f^^; )

    Untuk buku embryology moleculer dan developmental genetics, tergantung dari buku bahasa apa yang Pak Anto mau pakai, Pak. Kemudian, sedalam apa buku yang ingin Pak Anto gunakan.
    Untuk pendahuluan, textbooks dalam bahasa Jepang, ada tiga buku yang saya sarankan, Pak:
    1. 分子発生生物学 karangan 浅島誠 dan 駒崎伸二, penerbitnya
    裳華房
    2. 動物のからだづくりー形態発生の分子メカニズム karangan
     武田洋幸〜武田先生 ini adalah dosen pembimbing saya
    waktu Master dulu, Pak
    3. 発生遺伝学ー脊椎動物のからだと器官の成り立ち karangan
    武田洋幸 dan 相賀裕美子。武田先生adalah advisor saya
    waktu S1 dan Master, dan 相賀先生adalah research
    associate dan saya pernah ngambil kuliah beliau dulu. Dia
    adalah professor di 遺伝研, Pak.

    Buku no. 1 bagus untuk pengantar karena ditulis mendetail tapi general, dan tidak exhaustive, betul2 pengantar. Organisme yang dipakai sebagai contoh kebanyakan adalah kodok dan lalat..
    Buku no. 2, rada njelimet, tapi bagus dipake untuk pengantar ke developmental genetics. mengcover sebagian besar vertebrata.
    Buku no. 3, baru keluar bulan ini, dan mengcover hanya vertebrata, tapi jelas sekali.

    Kalau Pak Anto mau buku yang mencover sebagian besar lalat buah juga ada ….
    Lalu ada beberapa buku pengantar / hiburan yang bagus sekali dan menarik :
    1. The Homeobox Story karangan Walter Gehring (sekarang saya lagi baca, tapi terjemahan bahasa Jepangnya soale bhs Inggris mahal …..)
    2. たったひとつの卵から, ini juga menarik, karena hewan ditulis beberapa peneliti di bidang ini
    3. 新しい発生生物学 yang nulis juga 浅島先生、ini dari seri Kodansha Blue backs jadi murah tapi menarik

    Sebenarnya cita2 saya adalah ingin menterjemahkan buku2 diatas, khususnya ketiga buku teratas ke bahasa Indonesia, supaya di Indonesia juga
    “tersentuh” biologinya dengan developmental genetics dan molecular embryology terbaru …….

    Tapi ngga punya link ke penerbit sama sekali ….

    Lalu, Pak, sekarang saya kan maenannya evolusi. Sebenarnya, saya teh kepinginnya penelitian ttg Evo-Devo – evolutionary developmental biology …… gabungan evolusi dengan developmental biology.

    Nanti lah, kalo udah dapet Doktor baru cari jalan lagi.

    Jadi panjang lagi nih Pak message nya …. maap …. hehehe

  4. Davin Setiamarga berkata:

    Kelupaan satu lagi, ada buku yang bagus :
    Coming to Life – How Genes Drive development karangan pemenang piala nobel kedua untuk developmental genetics, dan kepala Max Planck Instituet fuer Entwicklungsbiologie di Tuebingen, Christiane Nusslein-Volhard.
    Baru keluar taon ini juga Pak.

  5. Terima kasih mas Davin atas uraiannya. Panjang nggak apa-apa koq, asal saya jangan ditarik bayar konsultasi saja..ha ha ha 😀 Saya malah terbantu dengan informasi seperti ini. Lebih cespleng kalau dapat penjelasan dari yang menggeluti topik ini, daripada saya ngobok-obok sendiri literatur yang kadang saya tidak dapat menilai valid tidaknya informasi yang disajikan.Saya sangat mendukung kalau mas Davin menulis buku ttg. Developmental Genetics. Agar tidak taihen, ditulis bertahap saja mas Davin.

  6. lenah berkata:

    Halo, saya belajar banyak baca blog Anda. Tapi sempat kaget membaca kata n…. masih dipakai di sini untuk menyebutkan orang kulit hitam. Kata ini sudah lama dianggap merupakan kata dengan konotasi menghina, jadi mungkin sebaiknya dihindari! good luck

  7. u/ Lenah,
    Terima kasih atas informasinya. Saya baru tahu hal tsb. Posting di atas sudah saya ganti kalimat tsb.
    Anto S.N

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s