Archive for the ‘BioInformatics’ Category

PeakTrace; Meningkatkan Kualitas Electropherogram

Perbedaan hasil basecaller antara ABI KB dan PeakTrace (image from nucleics.com)

Dalam tulisan terdahulu yang berjudul Troubleshooting Guide. ‘Keanehan-keanehan’ pada Electropherogram, kita bisa tahu bahwa tidak selamanya hasil pembacaan alat DNA sequencer kualitasnya baik. Nah, jika kebetulan electropherogram sampel kita jelek, jangan dulu frustasi, mungkin masih ada jalan keluar untuk meningkatkan kualitas electropherogram sehingga dapat terbaca dengan baik. Memang tidak semua electropherogram yang jelek bisa diselamatkan, jika kualitasnya sangat parah tentu jangan berharap bisa ‘disulap’ menjadi bagus. Tapi jika kualitas awalnya cukup bagus, bolehlah berharap kekurangannya dapat diperbaiki.
+Continue Reading

VecScreen; Membersihkan Sekuen dari Kontaminasi Vektor

Electropherogram DNA Sequencing (Image from sciencephoto.com)

Bagi Anda penggemar kloning tentu sering melakukan sekuen DNA plasmid rekombinan. Ini biasanya dilakukan untuk memverifikasi apakah insert yang kita klon sudah benar sesuai dengan yang kita inginkan dan mengecek apakah ada mutasi pada insert tersebut. Namun seringkali, hasil sequencing tersebut masih mengandung sekuen plasmid/vektor yang ikut terbaca.

Bagaimana cara membedakan sekuen plasmid/vektor dari insert? Ini penting karena jika kita ingin mempublikasikan sekuen plasmid rekombinan, maka harus dibersihkan terlebih dahulu dari sekuen vektornya, agar tidak terjadi ambiguitas. Cara yang paling mudah dan cepat adalah dengan bantuan VecScreen dari NCBI.

+Continue Reading

Memetakan Situs Enzim Restriksi

pBluescript II KS

Bagaimana cara mengetahui enzim restriksi apa saja yang dapat memotong suatu fragmen DNA? Gampang, saat ini banyak sekali software yang bisa membantu kita memetakan situs pemotongan enzim restriksi. Kita hanya perlu memasukkan sekuen DNA dan peta enzim restriksi pun langsung terbentuk.

Saat ini terdapat sekitar 3000 Enzim restriksi yang sudah dipelajari dan 600 diantaranya tersedia secara komersial. Enzim restriksi sangat diperlukan dalam teknologi rekayasa genetika (lihat kembali artikel kami tentang rekayasa genetika). Peta enzim restriksi sangat diperlukan untuk mengetahui enzim apa saja yang dapat memotong DNA kita dan mana yang tidak. Berikut ini beberapa software yang dapat membantu kita membuat peta enzim restriksi. +Continue Reading

Membuat Pohon Filogenetik

Evolutionary Tree General (Image from all-creatures.org)

Pohon filogenetik dibuat untuk memvisualisasikan hubungan evolusi diantara berbagai spesies atau benda-benda lain. Pohon filogenetik yang berupa diagram bercabang-cabang ini dapat dikonstruksi berdasarkan kesamaan atau perbedaan sifat fisik atau genetik seperti sekuen DNA, sekuen asam amino (protein), pola pemotongan enzim restriksi, ukuran allel pada analisa microsatellite, dan lain-lain. Dalam artikel ini kita akan membuat pohon filogenetik berdasarkan sekuen DNA gen 16S ribosomal RNA dari bakteri-bakteri.

Misalkan kita mengisolasi bakteri-bakteri yang hidup di permukaan kulit kita, misalnya ketiak yang kaya akan bakteri golongan Micrococcaceae, kemudian kita mengisolasi DNA genom bakteri-bakteri tersebut secara langsung dan melakukan amplifikasi PCR untuk gen 16S rRNA menggunakan primer universal. Produk PCR tersebut diklon ke plasmid dan setiap klon yang tumbuh dianalisa sekuen DNA insertnya yang notabene adalah sekuen dari gen 16S rRNA bakteri-bakteri yang hidup di dalam tanah sampel kita tadi. +Continue Reading

Menguji Spesifisitas Primer

PCR, sangat bergantung pada spesifitas primer (image from daysinutm.blogspot.com)

Pada artikel sebelumnya dengan judul “Yuk Mendesain Primer dengan Primer3Plus” telah dijelaskan langkah-langkah desain primer. Di sana dicontohkan bagaimana cara mendesain primer untuk mendeteksi keberadaan virus TMV (Tobacco Mozaic Virus) yang biasa menyerang tanaman tembakau dan jenis-jenis tanaman golongan Solanaceae.

Primer yang telah kita desain tersebut harus diuji spesifisitasnya agar kita yakin bahwa:

+Continue Reading

Yuk Mendesain Primer dengan Primer3Plus

Molekul DNA

PCR alias Polymerase Chain Reaction adalah salah satu teknik yang paling banyak digunakan dalam biologi molekuler. Dengan PCR, DNA dalam jumlah yang sangat sedikit dapat kita lipatgandakan untuk selanjutya diidentifikasi, dimanipulasi dan bisa pula digunakan untuk keperluan forensik, diagnosis virus penyakit dan sebagainya.
Selain enzim Taq DNA Polymerase yang menjadi kunci pokok teknik PCR, ada satu komponen lagi yang tak kalah pentingnya, yaitu Primer PCR. Spesifisitas dan efisiensi PCR amat ditentukan oleh kualitas primer yang digunakan. Sekarang yuk kita bahas bagaimana caranya mendesain primer untuk PCR.
+Continue Reading

Parameter Penting dalam Desain Primer

Struktur sekunder RNA, bisa juga terjadi pada oligonucleotida atau primer (image from poniecki.org)

Bila pada artikel “Yuk Mendesain Primer dengan Primer3Plus” dan “Desain Primer Menggunakan PerlPrimer” sudah dijelaskan tahapan dalam mendesain primer untuk PCR, maka dalam artikel ini kita akan mempelajari parameter apa saja yang harus kita perhatikan agar kualitas primer yang kita desain benar-benar terjamin. Beberapa hal berikut ini dapat kita jadikan bahan pertimbangan ketika mendesain primer. +Continue Reading

GenBank; Bank Data Genetik Online Gratis

Siapapun yang berkecimpung dalam dunia genetik pasti mengenal dan pernah berurusan dengan GenBank, bahkan tak berlebihan jika GenBank disebut sebagai referensi utama mereka. Sebenarnya bank macam apakah GenBank itu?

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.
+Continue Reading

Immunoinformatika: Gabungan antara Bioinformatika dan Immunologi

Image from ncdnaday.org.

Pengembangan vaksin membutuhkan pengetahuan mendalam mengenai imunologi. Itu adalah ilmu yang mempelajari sistim imun dari manusia. Sepanjang sejarah imunologi, pengembangan vaksin dilakukan dengan cara klasik. Ini adalah melemahkan virus dengan menggunakan panas atau bahan kimiawi. Adapun, cara ini tidak sepenuhnya aman. Salah satu sebabnya, adalah kemungkinan utuhnya materi genetik virus. Walau cara pemanasan dan kimia dapat merusak materi genetik, namun belum tentu bagian yang penting bagi virulensi akan dirusak juga. Jika respon imum pasien kurang kuat, justru vaksinasi dapat menjadi bumerang yang berbahaya bagi mereka. Justru virus tersebut, karena materi genetiknya masih utuh, dapat aktif lagi dan menyerang host. Melihat kondisi yang tidak menguntungkan ini, apa yang dapat dilakukan praktisi biomedis untuk mengatasinya?

Jawabannya ada pada imunologi molekuler. Definisi dari itu adalah ilmu yang mempelajari sistim imun manusia dalam tingkat molekuler. Riset immunologi molekuler, sebagai salah satu cabang dari biologi molekuler, telah berkembang pesat, telah juga dipatentkan dan hasil risetnya telah dipublikasi dalam banyak jurnal internasional peer reviewed. Adapun, metode yang dilakukan untuk mengembangkan vaksin secara molekuler secara umum ada dua, yaitu:

1. Menggunakan Protein/Peptida dari Virus: Dalam rangka mengembangkan vaksin yang aman, diperlukan cara untuk menonaktifkan materi genetik dari virus. Terobosan yang dilakukan bidang imunomolekuler adalah dengan menggunakan protein atau peptida tertentu dari virus tersebut. Jadi, sistim imun dapat langsung mengenai protein/peptida virus sintetik tersebut, untuk kemudian menghasilkan respon imun untuk menghadapi virus yang sesungguhnya. Berhubung materi genetik virus tidak digunakan, maka diharapkan vaksin model ini relatif lebih aman.
2. Menggunakan vaksin DNA: Pendekatan ini menggunakan materi genetik virus. Namun bukan materi genetik yang sesungguhnya, karena merupakan materi genetik sintetik (oligonukleotida). Berhubung ia hanyalah sintetik atau replika dari materi genetik yang sesungguhnya, maka diharapkan vaksin ini akan aman juga. Vaksin DNA, akan mengintegrasikan dirinya dengan DNA pada host, untuk kemudia mengekspresikan protein yang berfungsi untuk menstimulasi respon imun. Biasanya, yang digunakan sebagai vaksin DNA adalah plasmid.

Kedua tipe vaksin tersebut telah mencapai uji klinis, dan ada beberapa yang telah dijual di pasaran. Contohnya vaksin HPV, yang merupakan vaksin protein, telah dipatenkan dan dijual dipasaran. Adapun, informasi mengenai protein atau DNA apa yang harus digunakan sebagai prekursor vaksin, memerlukan pengolahan lebih lanjut secara komputasi. Pada pengembangan vaksin protein/peptida, diperlukan pengetahuan mengenai sekuens asam amino yang memang memiliki potensi besar untuk mengenerasi respon imun. Asam amino tersebut dinamakan epitop. Untuk mendeteksi mana sekuens asam amino yang berfungsi sebagai epitop, maka diperlukan bantuan komputer. Demikian juga untuk menentukan sekuens DNA apa yang dapat digunakan sebagai vaksin, diperlukan bantuan komputer juga. Dari penggunaan komputer, untuk membantu riset imunologi molekuler inilah, maka lahir ilmu imunoinformatika. Informasi yang diberikan oleh aplikasi imunoinformatika, dapat membantu kita untuk mendesain vaksin secara lengkap atau utuh. Setelah vaksin berhasil didesain, maka diperlukan validasi untuk menentukan apakah vaksin tersebut memiliki sekuens dan struktur yang serupa dengan protein/peptida asli. Jika sudah valid, maka dapat dilakukan eksperimen laboratoris untuk memproduksi vaksin tersebut.

Seperti artikel yang saya tulis sebelumnya mengenai pengembangan obat, dengan bantuan metode biokomputasi, maka pengembangan vaksin akan dapat lebih terarah dan tepat sasaran. Dengan bantuan imunoinformatika, maka penghematan regen imunomolekuler dapat berlangsung secara sangat signifikan dan dapat digunakan secara lebih ekonomis. Sehingga, vaksin yang diuji pada binatang dan klinis, nantinya adalah vaksin yang berkualitas tinggi dan memiliki potensi sangat besar untuk lolos uji klinis. Metode immunoinformatika sangat menunjang efisiensi dan efektivitas riset, di tengah krisis finansial yang melanda dunia sekarang ini.

Kegunaan Modeling Protein dalam mengembangkan agen terapetik

Image from pnas.org.

Dunia medis mendapatkan tantangan baru dari berbagai penyakit menular. Demam berdarah Dengue, Flu Burung, dan sekarang Flu Babi, adalah infeksi virus yang sampai sekarang belum ada obatnya. Terapi yang ada, hanya berfungsi untuk menahan laju replikasi virus. Diperlukan metode dan teknologi baru untuk mengatasinya. Bioinformatika datang untuk membantu. Apakah yang bisa dilakukan bioinformatika untuk itu? Mari kita simak.

Kemajuan pesat dari riset biologi molekuler telah menghasilkan data eksperimen proteomik dalam jumlah masif. Data tersebut disimpan pada database terpusat, seperti SWISS PROT atau Genbank. Bersamaan dengan itu, hasil kristalografi sinar X dari protein, disimpan pada database PDB (Protein Data Bank).

Aplikasi Modeling Protein dalam dunia biomedis, kelihatan sangat nyata pada pengembangan anti retroviral. Salah satu contohnya, adalah pengembangan obat untuk HIV/AIDS (Human Immunodeficiency virus). Seperti yang kita ketahui, HIV memiliki beberapa enzim yang berfungsi untuk integrasi genom virus pada genom inang, replikasi virus, dan lisis sel inang. Beberapa enzim yang telah diketahui memiliki peranan sangat penting dalam eksistensi HIV, adalah integrase dan reverse transcriptase. Integrase berfungsi untuk mengintegrasikan genom virus pada sel inang, sementara reverse transcriptase berguna untuk mengkonversi RNA virus menjadi DNA. Titik kritis dalam pengembangan obat, adalah mencari lead compound yang dapat menjadi inhibitor pada kedua enzim tersebut. Sebelum dilakukan eksperimen laboratorium, ada baiknya dilakukan modeling komputer, untuk menentukan lead compound apa yang cocok sebagai inhibitor.

Secara teknis, modeling tersebut dapat dilakukan dengan dua tahap.

• Pertama, membangun model kinetika reaksi enzim-inhibitor. Dengan memasukkan rumus perhitungan, maka dapat diketahui apakah inhibitor tersebut bersifat reversibel, ireversibel, atau non reversibel. Data-data ini akan berguna untuk pengembangan obat selanjutnya.
• Kedua, dan ini tahap yang paling penting, adalah membangun model komputer terhadap interaksi protein/enzim dengan inhibitor. Model ini bersifat 3D, sehingga dapat me-render binding site dan catalytic site dari enzim secara sangat jelas. Interaksi inhibitor dengan kedua situs itu juga dapat dimonitor dengan jelas. Dalam tahap ini, ikatan yang terlibat pada reaksi, seperti ikatan kovalen, ionik, atau gaya van der waals, semua dapat dimonitor secara kuantitatif dan kualitatif. Dalam pembangunan model ini, secara default, pelarut yang digunakan adalah air. Inhibitor yang dikembangkan, dapat bersifat sintetik, semi sintetik, atau dari bahan alam. Membangun molekul inhibitor sintetik, dalam rangka mencari kecocokannya dengan reaksi enzimatik, dapat dilakukan dengan bantuan software modeling kimia. Jika sudah ditemukan molekul yang cocok, baru tahap selanjutnya, yang tidak berhubungan langsung dengan modeling, dapat dilakukan. Langkah ini adalah melakukan sintesis laboratoris terhadap senyawa tersebut.

Langkah membangun model kimia inhibitor di komputer, akan sangat menghemat biaya untuk sintesis laboratoris. Berhubung regen biokimia harganya mahal, maka diperlukan langkah cerdas untuk penghematan, tanpa harus mengorbankan kualitas riset. Dengan pertama kali membangun model kimia inhibitor, kemudian mengujinya dalam model reaksi protein/enzim-inhibitor, dan setelah itu baru melakukan sintesis inhibitor, maka langkah ini akan menghemat banyak sekali dana penelitian.