BIOINFORMATIKA

BIOINFORMATIKA

Bioinformatika (bioinformatics) adalah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis. Pembahasan dibidang bioinformatik ini tidak terlepas dari perkembangan biologi molekular modern, salah satunya peningkatan pemahaman manusia dalam bidang genomic yang terdapat dalam molekul DNA.

Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika, informatika, fisika, biologi, dan ilmu kedokteran 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. 

Latar Belakang Bioinformatika

Kemajuan bioteknologi dan teknologi informasi dilatarbelakangi oleh ledakan data (data explosion) observasi biologi sebagai hasil yang dicapai dari kemajuan bioteknologi. Contohnya adalah pertumbuhan pesat database DNA pada GenBank. Genbank adalah database utama dalam biologi molekuler, yang dikelola oleh NCBI (National Center for Biotechnology Information) di AS.

Kemampuan untuk memahami dan memanipulasi kode genetik DNA ini sangat didukung oleh teknologi informasi melalui perkembangan hardware dan software. Baik pihak pabrikan sofware dan harware maupun pihak ketiga dalam produksi perangkat lunak. Salah satu contohnya dapat dilihat pada upaya Celera Genomics, perusahaan bioteknologi Amerika Serikat yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia yang secara maksimal memanfaatkan teknologi informasi sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam waktu yang singkat (hanya beberapa tahun).

Peluang Bioinformatika

Ilmu bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer berdasarkan artificial intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bisa dibuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut. Untuk mewujudkan hal ini diperlukan data-data yang yang menjadi kunci penentu tindak-tanduk gejala alam tersebut, yaitu gen yang meliputiDNA atau RNA.

Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah program software dan didukung oleh kesediaan internet

Teknologi DNA Rekombinan

Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA rekombinan memunculkan suatu pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organisme yang dikenal dengan bioteknologi.

Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi tradisional ke bioteknologi modern salah satunya ditandainya dengan kemampuan manusia dalam melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi DNA.

Sekuensing DNA

Sekuensing DNA satu organisme, misalnya suatu virus memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida atau molekul DNA atau sekitar 11 gen, yang telah berhasil dibaca secara menyeluruh pada tahun 1977. Kemudian sekuen seluruh DNA manusia terdiri dari 3 milyar nukleotida yang menyusun 100.000 gen dapat dipetakan dalam waktu 3 tahun, walaupun semua ini belum terlalu lengkap. Saat ini terdapat milyaran data nukleotida yang tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan tahun 1982.

Sejarah Bioinformatika

•  1960an: penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika seperti pembuatan pangkalan         data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens biologi.

•   1960an: Pangkalan data sekuens protein mulai dikembangkan di Amerika Serikat.

•  1970an: pangkalan data sekuens DNA dikembangkan di Amerika Serikat dan Jerman           pada Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (European Molecular Biology Laboratory).

•  1970an: Penemuan teknik sekuensing DNA menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang dapat diungkapkan pada 1980an dan 1990an. Hal ini menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, yang meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika.

•  1980an: Bioinformatika pertamakali dikemukakan untuk mengacu kepada penerapan ilmu komputer dalam bidang biologi. Tepatnya, istilah Bioinformatika pertama kali diperkenalkan pada 1979 oleh Paulien Hogeweg.  

Perkembangan jaringan internet juga mendukung berkembangnya bioinformatika. Pangkalan data bioinformatika yang terhubungkan melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengakses program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya.

Kemajuan ilmu Bioinformatika ini lebih didesak lagi oleh genome projectyang dilaksanakan di seluruh dunia dan menghasilkan tumpukan informasi gen dari berbagai makhluk hidup, mulai dari makhluk hidup tingkat rendah sampai makhluk hidup tingkat tinggi. Pada tahun 2001, genom manusia yang terdiri dari 2.91 juta bp (base-pare, pasangan basa) telah selesai dibaca. Baru-baru ini genom mikroba Plasmodium penyebab Malaria dan nyamuk Anopheles yang menjadi vektor mikroba tersebut juga telah berhasil dibaca. Dan masih banyak lagi gen-gen dari makhluk hidup lainnya yang sudah dan sedang dibaca

Pengorganisasian data yang ada sangat berguna untuk analisis yang lebih baik. Pekerja di bidang bioinformatika memastikan informasi biologis tersedia, melalui pengawasan kualitas, pemeriksaan silang, dan standarisasi, untuk selanjutnya bisa dicari dengan mudah.

Istilah Biologi

• Biologi molecular : Merupakan salah satu cabang biologi yang merujuk kepada pengkajian                               mengenai kehidupan pada skala molekul.

• Sel : merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti                       biologis.

•DNA : Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel.

• RNA : Asam ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

• Gen : Gen adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Gen adalah bagian DNA yang bertugas untuk menentukan kapan, dimana, seberapa banyak suatu protein diproduksi.

• Molekul : didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil

• Protein : senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida.

• Genom : Genom (Ing. genome), dalam genetika, adalah keseluruhan bahan genetik yang membawa semua informasi pendukung kehidupan pada suatu makhluk hidup, baik yang merupakan gen atau bukan.

Tools Bioinformatika  

BLAST

Perangkat bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan pangkalan data sekuens Biologi ialah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Penelusuran BLAST (BLAST search) pada pangkalan data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens baik asam nukleat maupun protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimilikinya. Hal ini berguna misalnya untuk menemukan gen sejenis pada beberapa organisme atau untuk memeriksa keabsahan hasil sekuensing atau untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuensing. Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens.

PDB

PDB (Protein Data Bank, Bank Data Protein) ialah pangkalan data tunggal yang menyimpan model struktur tiga dimensi protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental (dengan kristalografi sinar-X, spektroskopi NMR, dan mikroskopi elektron). PDB menyimpan data struktur sebagai koordinat tiga dimensi yang menggambarkan posisi atom-atom dalam protein atau pun asam nukleat.

Kesimpulan

Masih banyak kendala dalam bioinformatika, di antaranya adalah kesulitan untuk menemukan semua gen dari organisme, mengidentifikasi dan menjelaskan tentang gen-gen tersebut, kesulitan dalam membandingkan kemiripan DNA/protein yang ada, dan seterusnya. Namun semakin canggihnya komputer membuat bioinformatika patut optimis. Karena komputer hanya bisa membuat data dan mereka tidak memberikan jawaban, dunia ini masih memerlukan banyak orang yang mau dan mampu memberikan jawaban atas persoalan biologis yang bermanfaat bagi kehidupan di dunia.

Anggota Kelompok :

Fabiola Nur Islamiyah (52410462)

Fauzan Mulya Adiputra (52410642)

Mutiara Yulianingsih (54410887)

Putri Ratna Sari (55410464)

Reference

http://bioinformatika-q.blogspot.com

http://www.unpad.ac.id

http://id.wikipedia.org

https://lecturer.eepis-its.edu/~tita/KTI/Materi/Bioinformatika1%20Sejarah.ppt

Hubungan Komputasi modern dan paralel processing

• Parallel Processing

 

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya.

Pemrosesan paralel juga disebut komputasi paralel. Dalam upaya lebih murah pengolahan komputasi paralel menyediakan alternatif pilihan yang layak. Waktu idle siklus prosesor di seluruh jaringan dapat digunakan secara efektif oleh perangkat lunak komputasi terdistribusi yang canggih. Pengolahan paralel istilah digunakan untuk mewakili kelas besar teknik yang digunakan untuk memberikan tugas pengolahan simultan data untuk tujuan meningkatkan kecepatan komputasi dari sistem komputer.

Kelebihan:

• waktu eksekusi lebih cepat.

• throughput jadi lebih tinggi.

Kerugian:

• perangkat keras lainnya yang dibutuhkan.

• kebutuhan daya juga lebih.

• Tidak baik untuk daya rendah dan perangkat mobile.

(parallel processing adalah salah satu teknik komputasi modern). 

• Komputasi Modern

Pengertian komputasi adalah perhitungan dan penggunaan teknologi komputer dalam pengolahan informasi berupa matematika dan logika yang bertujuan untuk menyelesaikan suatu masalah yang dikerjakan dengan program komputer yang sudah disusun sesuai dengan Algoritma yang benar.

Secara umum ilmu komputasi adalah bidang ilmu yang mempunyai perhatian pada penyusunan model matematika dan teknik penyelesaian numerik serta penggunaan komputer untuk menganalisis dan memecahkan masalah-masalah ilmu (sains). Dalam penggunaan praktis, biasanya berupa penerapan simulasi komputer atau berbagai bentuk komputasi lainnya untuk menyelesaikan masalah-masalah dalam berbagai bidang keilmuan, tetapi dalam perkembangannya digunakan juga untuk menemukan prinsip-prinsip baru yang mendasar dalam ilmu.

Kelebihan dari proses perhitungan komputasi adalah, anda bisa mendapatkan suatu hasil laporan dengan cepat dan akurat. Karena anda tinggal menginput data ke komputer, maka sistem yang telah dibuat tadi akan bekerja dan mengolah data anda menjadi informasi yang lebih berguna

 

 

• Hubungan Komputasi Modern dengan Parallel Processing

Penggunaan Komputer untuk menyelesaikan suatu permasalahan dalam berbagai bidang sekarang ini banyak dilakukan karena lebih  cepat dibandingkan penyelesaian secara manual. Oleh karena hal tersebut, perlu adanya peningkatan proses komputasi yang dapat ditempuh dengan 2 cara, yaitu:

Peningkatan Kecepatan Hardware : peningkatan kecepatan prosesor komputer dengan menggunakan multiprosesor. Perubahan arsitektur komputer menjadi multiprosesor memang dapat mengerjakan banyak proses dalam 1 waktu, namun tidak dapat mempercapat kinerja proses. Hal ini dapat diatasi dengan peningkatan kecepatan software.

Peningkatan Kecepatan Software : mencari suatu algoritma untuk mempercepat kinerja proses. Algoritma tersebut tidaklah mudah tuk ditemukan, namun berkat adanya komputer multiprosesor, hal tersebut dapat dirancang dengan memparalelkan proses komputasinya.

Komputer multiprosesor masihlah memerlukan biaya yang cukup besar sehingga menyebabkan beberapa algoritma paralel sulit diimplementasikan. Untuk mengatasinya dirancanglah mesin paralel semu. Mesin paralel semu ini sebenarnya adalah jaringan komputer yang dikendalikan oleh sebuah perangkat lunak yang mampu mengatur pengalokasian proses-proses komputasi kepada processor-processor yang tersebar dalam  jaringan tersebut.

Jadi kesimpulannya, dengan adanya paralel processing mempercepat waktu penyelesaian masalah komputasi karena proses dijalankan secara paralel dg beberapa processor/komputer dengan tujuan/algoritma yang sama. Banyaknya jumlah komputer/prosessor untuk paralel processing, proses komputasi menjadi lebih cepat.

 

Sumber : 

http://dodious.blogspot.com/2012/03/apa-itu-parallel-processing.html

 http://herman-tempatbacaansantai.blogspot.com/2013/06/hubungan-antara-komputasi-modern-dan.html

http://priyosantblog.blogspot.com/2014/06/komputasi-modern-dan-paralel-processing.html