BIOINFORMATIKA DALAM PERIKANAN

BIOINFORMATIKA DALAM PERIKANAN

Pengertian Bioinformatika

            Sebelum membahas tentang bioinformatika dalam bidang perikanan sebaiknya kita mengetahui pengertian bioinformatika itu sendiri. Bioinformatika sendiri berasal dari bahasa inggris ”bioinformatics” yang berarti ilmu yang menerapkan teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis yang mencakup penerapan metode – metode matematika, statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah – masalah biologi, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino. Contoh bidang ini meliputi basis data untuk mengelola informai biologis, penyejajaran sekuens (sequence alignment), prediksi struktur untuk meramalkan bentuk struktur protein maupun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen.

Bioinformatika dalam perikanan

            Disini akan di bahas tentang “Studi Bioinformatika Mikroba Streptomyces Penyandi Gen Tgase Penghasil Enzim Transglutaminase”.

            Studi Bioinformatika merupakan studi aplikasi dari bidang biologi, kimia organik, statistik, bidang statistik informatika, dan menggunakan berbagai softwere komputasi. Dalam studi ini pada sekuen basa dan asam amino mikroorganisme penyandi gen transglutaminase. Transglutaminase (protein-glutamin-glutamiltransferase [EC2.3.2.13])  yang bebas kalsium telah ditemukan pada bakteri actinomycetes dan digunakan sebagai perekat protein pada daging, ikan, produk kosmetik atau produk makanan. Untuk mendapatkan enim tansgutaminase secara besar-besaran dilakukan melalui produksi enzim rekombinan dan diperlukan tahapan proses kloning dan ekspresi gen Tgase yang menyandi enzim ini. Dalam makalah ini dipaparkan proses studi bioinformatika yang merupakan tahapan awal dan proses terpenting yang harus dilakukan sebelum menuju pada kloning gen.

            Jenis mikroba yang digunakan adalah mikroba sember gen hasil pencarian melalui bioinformatika yaitu bakteri Streptomyces dan Streptoverticillium dan mikroba inang adalah Escherichia coli. Software yang digunakan adalah Gen Bank Data Base dari NCBI, BLAST dari NCBI, CLC free Workbench 3, Genomics Expression versi 1.100, fastPCR vers 5.0.214. Tahapan studi bioinformatika secara menyeluruh adalah

1. Penelusuran Informasi sumber penghasil enzim transglutaminase melalui genbank dari www.ncbi.nlm.nih.gov maupun swissprot.

2. Mengumpulkan informasi sekuens nukleotida komplit genom yang kemudian disimpan dalam bentuk notepad sesuai dengan nama mikroorganismenya

3. Membuat kemiripan sekuens basa dan sekuens asam amino yang berasal dari mikroorganisme penghasil transglutaminase.

4. Menentukan primer forward dan primer reverse yang sesuai untuk mengekspresikan gen yang memproduksi enzim transglutaminase

5. Menguji pengujian desain primer secara in silico dan menggunakan DNA Calculator online

            Dari hasil penelusuran melalui NCBI terdapat banyak mikroorganisme penyandi gen Tgase yang menghasilkan produk berupa enzim transglutaminase yaitu kelompok Streptomyces dan Streptoverticillium. Dalam penelusuran genbank diketahui pola sekuens asam amino, kemudian enzim yang baru ditemukan dibandingkan dengan asam amino-nya. Apabila sudah ditemukan, kemudian di sintesa senyawa yang dapat berinteraksi dengan asam amino.

Tabel 1. Mikroorganisme penyandi gen Tgase kelompok Streptomyces dan Streptoverticillium

No	Nama mikroorganisme	Panjang gen (bp)	Posisi cds
1	Streptomyces fradiae	1242	1-1242
2	Stretomyces netropsis	1535	280-1521
3	Streptomyces baldaccii	1630	352-1608
4	Streptomyces cinnamoneus	1251	1-1251
5	Streptomyces paucisporogenesis	1416	63-1319
6	Streptomyces platensis	1399	76-1332
7	Streptomyces caniferus	1391	119-1372
8	Streptomyces mobaraensis	1244	1-1244
9	Streptomyces mobaraensis	1246	51-1238
10	Streptoverticillium mobaraense	1131	1-1131
11	Streptoverticillium sp.	1809	1-1218

           

Gambar. Salah satu hasil penelusuran mikroba penghasil gene Tgase Streptomyces fradiae

Setelah informasi dari database diperoleh, selanjutnya menganalisa data. Pencarian database berdasarkan hasil alignment/pensejajaran sekuen yang berguna  ketika mendapatkan suatu sekuen DNA/protein yang belum diketahui fungsinya. Desain primer dibuat dari data nukleotida gen Tgase Streptomyces mobaraense. Gen transglutaminase dari Streptomyces mobaraense memiliki kandungan GC yang cukup baik yaitu untuk primer forward sebesar 60% dan primer reverse sebesar 55%. Adapun susunannya yaitu:

Primer forward = PTGase 4 5’- CCG AGA CGG TCG TCA ACA AC-3’ dan

Primer reverse = PTGase 4 5’- CGA ACC AGC CGT AGT CGA AA-3’.

ARTIKEL NCBI

Pengertian NCBI (National Centre for Biotechnology Information)

NCBI (National Centre for Biotechnology Information) merupakan suatu institusi yang konsen sebagai sumber informasi perkembangan biologi molekuler. NCBI membuat database yang dapat diakses oleh publik, merangsang riset biologi terkomputasi, mengembangkan software penganalisis data genome, dan menyebarkan informasi biomedical – yang kesemuanya diharapkan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang proses-proses molekuler yang mempengaruhi manusia dan kesehatannya.

NCBI menyimpan data sekuensing genom di dalam “GenBank”. Pada NCBI juga tersimpan daftar artikel penelitian biomedik di dalam “PubMed Central” dan “PubMed” Semua database dapat diakses online melalui mesin pencari “Entrez”. Data pada Entrez cukup banyak dari berbagai tipe dan terkoneksi antara satu data dengan data yang lain. Database yang ada diantaranya adalah data literatur seperti PubMed, PubMed Central (PMC), data sekuen nuleotida, sekuen protein, genom, struktur protein, dan lain-lain.

Bank ini adalah database sekuen genetik, semua sekuen DNA teranotasi dan tranlasinya yang dipublikasikan di seluruh dunia ada di sini. Data pada GenBank selalu bertambah setiap saat. GenBank dikelola oleh NIH (National Institute of Health) pemerintah Amerika, dan merupakan bagian dari Kolaborasi Database Sekuen Nukleotida Internasional yang terdiri atas DNA DataBank of Japan (DDBJ), European Molecular Biology Laboratory (EMBL), dan GenBank sendiri di National Center for Biotechnology Information (NCBI). Ketiga organisasi ini selalu bertukar data setiap hari agar semua datanya selalu ter-update.

Salah satu tools yang tersedia dalam situs NCBI ini adalah BLAST.

BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)

Merupakan suatu alat pencari yang dapat menyesuaikan dan mencari sekuen yang mirip dengan sekuen meragukan yang kita miliki melalui perbandingan sekuen melalui GenBank DNA database dalam waktu singkat. Caranya dengan memasukkan suatu sekuen yang kita punya, lalu program BLAST akan melakukan alignment terhadap seluruh sekuen yang ada pada GenBank dan mengurutkannya berdasarkan tingkat kemiripan dengan sekuen yang kita punya.

Ada 5 program utama dalam BLAST, yaitu :

1. nucleotide blast (blastn) : membandingkan suatu sekuen nukleotida yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida

2. protein blast (blastp) : membandingkan suatu sekuen asam amino yang kita miliki dengan database sekuen protein

3. blastx : membandingkan produk translasi konsep 6-frame sebuah sekuen nukleotida (translated nucleotide) yang kita miliki dengan database sekuen protein

4. tblastn : membandingkan suatu sekuen protein yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida yang secara dinamis ditranslasi pada semua pembacaan 6 frame.

5. tblastx : membandingkan suatu translasi 6 frame dari nukleotida.

Latihan: Bukalah halaman BLAST Nucleotide (blastn), pada kotak yang tersedia masukkan sekuen nukleotida yang kita miliki. Sebagai latihan, gunakan sekuen di bawah ini dengan mengkopi dan meletakkannya pada kotak pencarian BLAST. Parameter yang ada tidak perlu diubah dulu, biarkan apa adanya. Tekan tombol BLAST, tunggu beberapa saat hingga diperoleh hasil pencarian. Anda bisa bereksperimen dengan mengubah beberapa parameter jika ingin.

>Latihan

GATCCTCCATATACAACGGTATCTCCACCTCAGGTTTAGATCTCAACAACGGAACCATTGCCGACATGAG

ACAGTTAGGTATCGTCGAGAGTTACAAGCTAAAACGAGCAGTAGTCAGCTCTGCATCTGAAGCCGCTGAA

GTTCTACTAAGGGTGGATAACATCATCCGTGCAAGACCAAGAACCGCCAATAGACAACATATGTAACATA

TTTAGGATATACCTCGAAAATAATAAACCGCCACACTGTCATTATTATAATTAGAAACAGAACGCAAAAA

TTATCCACTATATAATTCAAAGACGCGAAAAAAAAAGAACAACGCGTCATAGAACTTTTGGCAATTCGCG

TCACAAATAAATTTTGGCAACTTATGTTTCCTCTTCGAGCAGTACTCGAGCCCTGTCTCAAGAATGTAAT

AATACCCATCGTAGGTATGGTTAAAGATAGCATCTCCACAACCTCAAAGCTCCTTGCCGAGAGTCGCCCT

Halaman BLAST

Berikut ini contoh hasil BLAST yang muncul. Mengingat data pada GenBank senantiasa berubah setiap hari, ada kemungkinan hasil yang Anda peroleh tidak sama persis dengan hasil yang ditampilkan di sini.

Tampilan Grafis Hasil BLAST

Tampilan Tabel Hasil BLAST

Blastn

Blastn dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu sekuen nukleotida meragukan (query sequence) yang kita miliki dengan database nukleotida, sehingga output yang didapat berupa identitas nukleotida tersebut, antara lain nama gen dan spesies penghasil dari sekuen lengkapnya.
LANGKAH KERJA
1. Buka situs www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Pilih tool ”BLAST” (klik satu kali), akan muncul tampilan pilihan program BLAST.
Untuk mencari gen suatu sekuen nukleotida dari database nukleotida pilih ”nucleotide blast” (blastn).
3. Setelah tampilan muncul, entri sekuen nukleotida (query) yang akan dicari; pilih seting pencarian dari database ”others” (jika belum diketahui spesiesnya); pilih program ”megablast”; klik ”BLAST” untuk memulai proses searching
4. Hasil searching/ pencarian akan didapat tampilan seperti berikut
5. Hasil blast umumnya akan menghasilkan lebih dari satu sekuen yang bersesuaian. Pilih hasil dengan skor paling tinggi.

6. Klik “Accession” gen terpilih (hasil blastn) untuk keterangan lebih lanjut, (nucleotide origin dan CDS-nya).
7. Klik “G” pada gen terpilih tersebut, akan didapat deskripsi lebih lanjut mengenai gen tersebut.
Jika ingin melihat lokasi gen tersebut pada kromosom, klik “map viewer”.
Klik “Sequence viewer” untuk melihat gambaran letak CDS (coding sequence).
8. Klik “U” pada gen terpilih tersebut, akan didapat homologi protein dari gen terpilih. Pilih spesies yang dikehendaki, misalnya human, klik untuk keterangan lebih lanjut.

Blastp

Blastp dapat digunakan untuk mencari protein homolog dari protein yang kita miliki.
Langkah kerja :
1. Buka situs www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Pilih tool ”BLAST” (klik satu kali). Untuk mencari protein homolog dari query asam amino gunakan ”protein blast” (blastp)
3. Setelah tampilan muncul, entri sekuen protein (query) yang akan dicari; pilih seting pencarian dari database (jika membatasi hanya ingin mencari pada spesies tertentu, ketik nama organisme); pilih program ”blastp”; klik ”BLAST” untuk memulai proses searching.
4. Hasil searching akan didapat tampilan seperti berikut:
5. Hasil blast akan menghasilkan lebih dari satu sekuen yang bersesuaian. Pilih hasil dengan skor paling tinggi. Dengan meng-klik referensi akan didapat keterangan lebih lanjut tentang protein tersebut.
6. Analisis selanjutnya mirip dengan blastn di atas (mencari letaknya, homologi, dsb).

Sumber :

http://wanenoor.blogspot.com/2011/05/peran-database-ncbi-bisa-mendukung.html

http://ryndamichelia.wordpress.com/2011/08/18/nuleotide-dta-retrieval-ncbi/