Sequence Alignment di BioEdit

Friday, May 1st, 2009 | 11 Comments Posted by yepyhardi

bioedit-dna-sequence-alignmentKalau di dunia pengolah kata ada Microsoft Word dan sejenisnya, maka di dunia bioinformatika ada BioEdit. BioEdit adalah sebuah program Sequence Alignment Editor buatan Tom Hall dari Ibis Biosciences Carlsbad USA, yang berguna untuk melakukan analisa-analisa bioinformatika terhadap sekuen-sekuen DNA, RNA maupun protein. Kita dapat melakukan ‘manipulasi’ sekuen dan mengolah sekuen tersebut sesuai keperluan. Mari kita lihat salah satu kemampuan BioEdit diantara seabreg kemampuan lainnya, yaitu Sequence Alignment. Saat ini kita fokuskan pada cara melakukan sequence alignment untuk hasil pembacaan sekuen suatu fragment DNA yang dibaca secara bi-directional alias dua arah (forward-reverse atau sense-antisense).

Teori Dasar

Pairwise Sequence Alignment

Sebelum melangkah ada baiknya kita tilik dulu sedikit mengenai apa yang akan kita kerjakan dan teori seputar sequence alignment ini.

Misalkan Anda memiliki sebuah gen (misal 16S rRNA bakteri) hasil amplifikasi (PCR) dengan ukuran 1300bp yang akan ditentukan urutan-urutan basa nukleotidanya. Maka yang dilakukan adalah mensekuen gen tersebut pada kedua utasnya menggunakan dua primer (16S Forward dan 16S Reverse) karena panjang hasil pembacaan alat sequencer ini terbatas tidak mampu menjangkau seluruh gen. Proses berikutnya adalah menyambungkan kedua hasil pembacaan alat sehingga menjadi sequen utuh menggunakan teknik Pairwise Sequence Alignment.

Berikut ini diagram proses yang terjadi dalam proses analisanya.

Diagram proses Pairwise Sequence AlignmentDiagram proses Pairwise Sequence Alignment
Diagram proses Pairwise Sequence Alignment

Antarmuka BioEdit

Antarmuka BioEdit sangat sederhana, jika kita membuka satu file hasil sequencing (*.ab1 atau *.abi) maka akan terbagi menjadi dua jendela, satu jendela berisi electropherogram dan satunya lagi teks sekuen DNA-nya.

Antarmuka BioEditAntarmuka BioEdit
Antarmuka BioEdit

Let’s Practise

Persiapan

Pastikan Anda sudah mempersiapkan hal-hal berikut ini:

  • Software BioEdit yang sudah terinstall di komputer.

Jika belum ada bisa diunduh secara gratis di http://www.mbio.ncsu.edu/BioEdit/BioEdit.html. BioEdit hanya bisa diinstall dan dijalankan pada sistem operasi Windows 95/98/NT/2000/XP.

  • Dua buah file hasil pembacaan alat DNA Sequencer.

File yang digunakan adalah hasil pembacaan sebuah fragment DNA dengan dua arah pembacaan (menggunakan sepasang primer forward dan reverse). File ini biasanya memiliki format *.ab1 atau *.abi jika alat yang digunakan bermerk Applied Biosystems.

Lanjut! Anda siap untuk memulai.

Langkah-langkah

Menjalankan program BioEdit

  • Jalankan program BioEdit dari Start Menu
  • Buka file sekuen DNA (*.ab1 atau *.abi)
  • File > Open > Pilih kedua file yang akan dialignment

Masing-masing file terdiri dari 2 jendela, yaitu chromatogram dan teks sekuen DNA.

Perhatikan chromatogram, lihat posisi peak terakhir yang masih menunjukkan kualitas pembacaan yang baik, karena peak dengan kualitas buruk atau setelah produk PCR-nya berakhir harus dibuang (trim). Selengkapnya bisa dibaca pada tulisan Interpretasi Chromatogram Hasil DNA Sequencing.

Pada contoh ini misalnya posisi 750.

Menghapus bagian sekuen yang tidak perlu
  • Pindah ke jendela text sequence yang bersangkutan dan pastikan mode-nya adalah “Edit”-“Overwrite”.
  • Letakkan kursor sebelum basa terakhir (misal 750)
  • Klik “Edit” > “Select to End”
  • Tekan tombol “Del” pada keyboard, atau klik “Edit” > “Delete”
  • Jika bagian depan electropherogram juga kualitasnya buruk, bisa dihapus dengan cara yang sama.
  • Lakukan hal yang sama untuk sekuen pasangannya (Reverse).

Menggabungkan 2 sekuen yang akan dialignment dalam satu jendela

  • Seleksi Nama salah satu sekuen (misal yang Reverse)
  • Tekan Ctrl+F8 pada keyboard, atau klik “Edit” > “Copy Sequence(s)”
  • Pindah ke jendela sekuen pasangannya (misal yang Forward)
  • Tekan Ctrl+F9 pada keyboard, atau klik “Edit” > “Paste Sequence(s)”

Sekarang kedua sekuen sudah berada dalam satu jendela

Melakukan Reverse Complement untuk menyamakan orientasi sekuen

  • Seleksi nama salah satu sekuen (misal yang Reverse)
  • Klik “Sequence” > “Nucleic Acid” > “Reverse Complement”

Melakukan Pairwise Alignment

  • Seleksi kedua nama sekuen dengan kombinasi tombol “Shift” atau “Ctrl” dan Klik.
  • Klik “Sequence” > “Pairwise Alignment” > “Align two sequences (Allow Ends to slide)”
  • Hasil Alignment akan muncul pada jendela baru

Membuat Sekuen Konsensus

  • Klik “Alignment” > “Create Consensus Sequence”
  • Sekuen Consensus akan muncul di bawah kedua sekuen yang telah dialignment
  • Lakukan Pengeditan pada Consensus Sequence dengan membandingkannya kepada Chromatogram
  • Simpan file dengan mengklik “File” > “Save As”

Untuk memudahkan pengeditan, tampilan sekuen bisa diubah ke bentuk titik untuk sekuen yang conserve, artinya jika basa pada suatu sekuen sama dengan basa di atasnya, maka akan ditampilkan sebagai titik. Ini akan memudahkan kita dalam mencari sekuen mana yang tidak sesuai (mismatch). Anda bisa bereksperimen dengan berbagai tampilan sekuen pada BioEdit dengan mengaktifkan dan menonaktifkan tombol-tombol view.

Selamat Mencoba!

Other articles you may like:

Tags: ,

yepyhardi

Tentang Penulis

Belum ada informasi mengenai penulis

11 Responses for “Sequence Alignment di BioEdit”

  1. tuti says:
    July 6, 2009 at 5:05 pm

    makasih Mas Yepy….berguna sekali utk mahasiswa yg penelitiannya berhubungan dengan sekuensing, btw,,,mau kursus teh belum jadi yah.

    Reply
    • yepyhardi says:
      July 10, 2009 at 4:49 am

      sama-sama mbak.. wah syukur deh kalau ternyata SB bisa membantu mahasiswa penelitian. Keep update dgn info-info dari kita ya.. kalau mbak atau mahasiswanya mau kontribusi kirim tulisan ke SB juga boleh.
      Oh iya, kapan-kapan kalo mau ngadain kursus bioinformatics, insyaAllah kita siap.

      Reply
  2. asri sulfianti says:
    August 31, 2009 at 10:15 am

    hmm, mas yepy, sekarang aku lagi kerja praktik di lembaga biologi molekkular eijkman, dan baru pertama kali sekuensing, hasil sekuensnya sudah kellar, tapi aku bingung intrepetasinya mas, aku sudah nge-alignment hasil sekuens sampelnya tapi bagamana caranya kita dapt melihat kalau primer yang kita gunakan telah berhasil menghibridisasi dna templatenya dan pembacaan sekuens conservenya bagaimana?

    Reply
    • yepyhardi says:
      September 2, 2009 at 8:25 am

      Halo mbak Asri,

      Saat kita melakukan sequencing pake metode dye-terminator (yang saat ini umum digunakan), sekuen primer yang kita gunakan pada reaksi cycle sequencing tidak akan terbaca oleh alat, karena primer yang digunakan tidak dilabel fluorescent, otomatis tidak akan terbaca oleh detektor lasernya.

      Tapi jangan khawatir, primer yang kita gunakan justru akan terbaca pada pembacaan dari arah sebaliknya. Jadi kalo primer Forward akan terbaca dari reaksi Reverse, dan sebaliknya, primer Reverse akan terbaca dari reaksi Forward. Tepatnya sekuen pada ujung 3′ (paling terakhir muncul) adalah sekuen dari primer arah sebaliknya itu.

      Contoh nih, kita mensekuen dengan primer Forward, hasil pembacaan alat misalnya kayak gini (saya tampilkan ujung 3′-nya aja):

      ……tgatagatagaACGTGTCGTAGTG

      Maka sekuen primer arah sebaliknya (reverse) adalah yang tercetak dengan huruf kapital. Tapi ingat, karena posisinya terbalik, maka sekuen tersebut harus di-reverse-complement-kan. Jadi sekuen Primer Reversenya adalah:

      CACTACGACACGT

      Begitu juga sebaliknya.

      Perlu diingat juga, sekuen primer kita akan terbaca oleh alat jika produk PCR yang kita analisa tidak terlalu panjang, jadi masih dalam batas kemampuan alat sekuensernya. Soalnya setiap mesin sekuenser memiliki kemampuan panjang pembacaan yang berbeda-beda. So.. kalo produk PCR kita lebih dari 1 kb misalnya, sepertinya gak mungkin kita bisa dapetin sekuen primer.

      Cara lainnya adalah dengan melakukan analisa BLAST dari hasil sekuen, tapi ini sifatnya perkiraan saja. Jadi jika primer yang kita gunakan adalah primer yang spesifik untuk gen tertentu atau daerah-daerah sekuen tertentu yang sudah diketahui, maka jika hasil BLAST menunjukkan identitas yang kita harapkan (sesuai dengan fungsi primernya), berarti bisa diduga kuat bahwa primer kita sudah bekerja dengan baik mengamplifikasi daerah yang dimaksud.

      Pembacaan Sekuen Conserve
      Pada artikel di atas, yang mbak maksud sekuen conserve mungkin yang saya tulis sebagai “Consensus” itu. Jadi, dari hasil pembacaan sekuen dari kedua arah, dilakukan pairwise alignment, dan setelah disejajarkan dibuatlah sekuen yang merupakan gabungan keduanya (consensus).

      Terkadang ada ketidakcocokan hasil pembacaan dari suatu arah dengan arah sebaliknya, misalnya dari arah forward terbaca “C” sementara sebaliknya terbaca “A”. Ini bisa saja terjadi terutama jika terjadi error pembacaan karena satu dan lain hal. Nah kalo terjadi yang seperti ini maka kita harus merujuk kembali ke kedua electropherogramnya, pada posisi tersebut peak mana yang benar-benar peak, apakah C atau A, lalu kemudian ditentukan mana yang kita ambil.

      OK mbak? semoga bisa membantu…

      Reply
  3. Evi says:
    November 3, 2009 at 5:47 am

    Halo mas Yepy, terima kasih atas postingannya ya…saya sangat terbantu sekali memahami hasil sequencing, terutama karena saya belajar otodidak aja nih. Kebenaran kemarin kami sequencing di CPI, selanjutnya kami ingin menentukan homology sekuens kami dengan sekuens yang udah dipublish di genebank, bisa nggak ya dengan bioedit? kalo bisa pake program yang mana? pairwise atau ClustalW? thank u in advance

    Reply
  4. Nelly says:
    February 11, 2010 at 2:53 pm

    Mas Yepy saya ingin sekali belajar lebih lanjut mengenai program Bioedit karena program ini akan saya gunakan untuk riset S3 saya. Apakah ada pelatihan untuk menggunakan program Bioedit ini ?

    Reply
  5. Frederika says:
    March 13, 2010 at 8:57 am

    Mas, saya bingung dengan gen 16 S rRNA. Apakah arti 16 dan S nya? apakah 16S rRNA itu sama dengan 16S rDNA? Mas, kita butuh berapa lama waktu untuk sekuensing DNA? dan tempat2 mana yang bisa kita tuju untuk melakukan pembacaan urutan basa nukleotidanya? Terima kasih mas

    Reply
    • yepyhardi says:
      March 17, 2010 at 8:59 am

      Halo Frederika,
      16S rRNA adalah RNA ribosom sub unit 16S, sebagaimana kita tahu RNA ribosom pada sel ada bermacam-macam, misalnya pada prokaryota ada sub unit 5S, 23S dan 16S. Sedangkan 16S rDNA adalah gene pada DNA yang menyandikan 16S rRNA, jadi gak perlu bingung dan ketuker-tuker :-)
      S pada 16S berarti satuan Svedberg, yaitu satuan fisika untuk koefisien sedimentasi alias pengendapan. Satuan ini digunakan untuk mengukur karakteristik suatu senyawa ketika diendapkan. Jadi RNA ribosom ketika diendapkan memiliki koefisien sedimentasi yang berbeda-beda, unit yang kecil memiliki koefisien sedimentasi yang kecil juga (5S), yang sedang 16S dan yang besar 23S.
      Informasi lebih lengkap bisa dilihat di http://en.wikipedia.org/wiki/Svedberg dan http://en.wikipedia.org/wiki/Ribosomal_RNA.
      Pembacaan sekuen DNA bisa dilakukan baik di Indonesia maupun di luar negeri. Untuk di Indonesia ada Lembaga Biologi Molekular Eijkman di Jakarta atau di PT. Wilmar Benih Indonesia di Cikarang. Kalau di luar negeri sangat banyak, misalnya di Malaysia (1st base) atau di Korea (Macrogen). Lama pengerjaan bervariasi mulai dari 1 hari hingga 2 mingguan, tergantung perusahaan/penyedia jasanya.

      Reply
  6. Wika says:
    August 27, 2010 at 9:28 am

    dear mas yepy..

    wah, artikelnya memang sangat menarik skali ni mas..
    jujur saya tertarik sama bioinformatik :)

    kira2 kalau saya ingin belajar lbih dalam, dimana ya mas?
    adakah tempat kursus atau kuliah khususnya y?

    sbenernya background saya analis kimia hehe..
    jadi saya msh ngerasa baru untuk ilmu yg ini..

    Terima kasih..

    Wika..

    Reply

Leave a Reply