Mengenal Bioinformatika dan Sejarah Kemunculannya

Apa Itu Bioinformatika?

Bioinformatika adalah subdisiplin ilmu yang memakai teknologi komputer untuk mengumpulkan, menyimpan, menganalisis, dan menyebarluaskan data biologis, terutama urutan DNA dan asam amino.

Hasil analisisnya dipakai untuk memahami kesehatan dan penyakit, dan pada kasus tertentu menjadi bagian dari layanan medis.

Bioinformatika pada dasarnya memanfaatkan disiplin ilmu Informatika, ilmu yang mempelajari cara data direpresentasikan, disimpan, diolah, dan dikomunikasikan dengan komputer. Cakupan utamanya adalah algoritma struktur data, basis data dan pemrograman.

Bioinformatika meminjam semua perangkat tersebut, lalu menerapkannya pada materi biologis seperti DNA, RNA, dan protein.

Karena itu, bioinformatika sering disebut sebagai jembatan antara biologi dan ilmu komputer. Di dalam bioteknologi modern, bioinformatika berperan sebagai sisi komputasinya (dry lab), berdampingan dengan kerja laboratorium (wet lab).

Mengapa Data Biologis Memerlukan Komputer?

NHGRI (National Human Genome Research Institute) membandingkan peran bioinformatika dengan analisis data di era internet.

Dahulu tantangan utamanya adalah mendapatkan informasi; kini tantangannya adalah memahami dan menafsirkan informasi yang sudah terkumpul. Karena kumpulan datanya sangat besar, dibutuhkan metode berbasis komputer.

Istilah bioinformatika pertama kali dipakai oleh Paulien Hogeweg dan Ben Hesper pada awal 1970-an, untuk merujuk pada studi tentang proses informatika dalam sistem biotik.

Namun sejak akhir 1980-an, istilah bioinformatika lebih sering merujuk pada metode komputasi untuk analisis perbandingan data genom. Makna inilah yang dipahami banyak orang saat ini.

Sejarah dan Awal Lahirnya Bioinformatika

Bioinformatika lahir dari pertemuan tiga hal: urutan protein dan DNA yang mulai bisa dibaca, komputer yang mulai dapat dipakai ilmuwan, dan kebutuhan untuk membandingkan data biologis dalam jumlah besar. Prosesnya berlangsung bertahap sejak 1950-an.

Pada 1955, Frederick Sanger berhasil menentukan urutan asam amino lengkap pertama dari sebuah protein, yaitu insulin. Keberhasilan itu mendorong banyak peneliti menentukan urutan protein dari berbagai spesies).

Data urutan pun mulai menumpuk, tetapi tersebar di berbagai jurnal dan belum punya tempat berkumpul.

Margaret Dayhoff, seorang ahli kimia, bergabung dengan National Biomedical Research Foundation pada 1960 dan memakai komputer IBM 7090 untuk menyusun dan membandingkan urutan peptida dengan program FORTRAN buatannya sendiri.

Pada 1965 ia menerbitkan "Atlas of Protein Sequence and Structure", buku berisi 65 urutan protein yang saat itu diketahui. Buku ini dianggap sebagai koleksi urutan berbasis komputer pertama dan leluhur langsung basis data modern.

Pada 1966, bersama Richard Eck, Dayhoff merekonstruksi pohon filogenetik dari urutan protein dengan bantuan komputer. Ia juga mengembangkan salah satu matriks substitusi protein pertama (PAM) dan kode satu huruf untuk asam amino agar urutan mudah diolah komputer.

Karena kontribusinya, mereka dijuluki sebagai ibu dan ayah bioinformatika.

Istilah Bioinformatika Muncul pada Tahun 1970-an

Pada 1970, Ben Hesper dan Paulien Hogeweg memakai istilah bioinformatica dalam artikel berbahasa Belanda "Bioinformatica: Een Werkconcept" yang terbit di majalah Kameleon milik Leidse Biologen Club.

Mereka menggunakannya sebagai konsep kerja untuk bidang yang meneliti proses informasi dalam sistem hidup, sejajar dengan biofisika dan biokimia. Banyak sumber lama mengaitkan istilah ini dengan publikasi 1978, tetapi Hogeweg menegaskan penggunaannya sudah dimulai pada 1970.

Membandingkan dua urutan secara manual sangat melelahkan, sehingga dibutuhkan metode otomatis. Saul Needleman dan Christian Wunsch memperkenalkan metode matriks iteratif pada 1970 untuk menjawab persoalan ini.

Pada 1981, Temple Smith dan Michael Waterman memperluas metode ini untuk menemukan pasangan segmen paling mirip di antara dua urutan (DNA, RNA, atau protein) yang panjang (biasanya juga disebut dengan local alignment).

Kedua gagasan ini masih menjadi dasar banyak alat alignment hingga sekarang.

Proyek Genom Manusia kemudian dimulai pada Oktober 1990 dan selesai pada April 2003, yang berhasil mencakup 99 persen bagian eukromatin genom dengan akurasi 99,99 persen.

Proyek ini membuktikan bahwa data sebesar genom hanya bisa dikelola dan dimaknai dengan komputer. Karena itulah bioinformatika berkembang dari bidang kecil menjadi tulang punggung biologi modern.