TUGAS 3 PENGANTAR KOMPUTASI MODERN
PENGANTAR KOMPUTASI
MODERN
GENBANK
Amellia (50413790)
Nuraya Ayu Ocktabella (56413641)
Reza Wisnu Wardhana (57413521)
Kamaludin (54413756)
4IA12
ABSTRAK
GenBank adalah sebuah Database
komprehensif yang berisi sekumpulan DNA publik yang tersedia untuk lebih dari
165.000 nama organisme, diperoleh terutama melalui pengiriman dari laboratorium
individual dan pengiriman batch dari proyek sekuensing berskala besar. Sebagian
besar pengiriman dilakukan dengan menggunakan program Sequin berbasis web atau
program Jantung berbasis web dan nomor aksesi diberikan oleh staf GenBank pada
saat penerimaan. Pertukaran data harian dengan EMBL Data Library di Inggris dan
DNA Data Bank of Japan membantu memastikan liputan di seluruh dunia. GenBank
dapat diakses melalui sistem pencarian NCBI, Entrez, yang mengintegrasikan data
dari database urutan DNA dan protein utama beserta taksonomi, genom, pemetaan,
struktur protein dan informasi domain, dan literatur jurnal biomedis melalui
PubMed. BLAST menyediakan urutan kesamaan pencarian GenBank dan urutan database
lainnya. Rilis setiap dua bulan dengan lengkap dan update harian database
GenBank tersedia melalui FTP. Untuk mengakses GenBank dan layanan pengambilan
dan analisis terkait, kunjungi Homepage NCBI di http://www.ncbi.nlm.nih.gov.
PENDAHULUAN
GenBank adalah database publik yang
komprehensif dari rangkaian nukleotida dan anotasi bibliografi dan biologis
yang didukung, yang dibangun dan didistribusikan oleh National Centre for
Biotechnology Information (NCBI), sebuah divisi dari National Library of
Medicine (NLM), yang terletak di kampus Institut Nasional AS Kesehatan (NIH) di
Bethesda, MD.
NCBI membangun GenBank terutama dari
penyampaian data urutan dari penulis dan dari pengiriman massal urutan kata
yang diungkapkan (EST), urutan survei genom (GSS) dan data throughput tinggi
lainnya dari pusat sekuensing. Kantor Paten dan Merek Dagang AS (USPTO) juga
menyumbangkan urutan dari paten yang diterbitkan. GenBank menggabungkan urutan
yang diajukan ke Perpustakaan Data EMBL di Inggris dan Databank DNA Jepang
(DDBJ) sebagai bagian dari kolaborasi internasional yang sudah berlangsung lama
antara ketiga database di mana data dipertukarkan setiap hari untuk memastikan
pengumpulan urutan yang seragam dan koleksi urutan Informasi komprehensif. NCBI
membuat data GenBank tersedia tanpa biaya melalui Internet, melalui FTP dan
berbagai layanan pengambilan dan analisis berbasis web, yang beroperasi pada
data GenBank.
PEMBAHASAN
A. Peran
database NCBI bisa mendukung penelitian
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.
Situs akses NCBI :
www.ncbi.nlm.nih.gov. Beberapa menu yang disediakan oleh NCBI yang populer
antara lain BLAST, Pubmed, Pubmed central, Gene, Genome, Nucleotide, Protein
dan SNP.
B. Program dan Kegiatan NCBI
NCBI
memiliki kelompok penelitian yang terdiri atas ilmuwan komputer, ahli biologi
molekuler, matematikawan, ahli biokimia, dokter penelitian, ahli biologi
struktural yang berkonsentrasi pada penelitian dasar dan terapan dalam biologi
molekuler komputasi. Penelitian yang diadakan memiliki peran yaitu mengembangkan
ilmu pengetahuan dasar dan menjadi metode baru untuk kegiatan penelitian
terapan. Contoh proyek penelitian yaitu
deteksi dan analisis organisasi gen, domain protein dan elemen struktur,
pembuatan peta gen dari genom manusia (Human Genome Project).
Program yang dijalankan NCBI
bertujuan memberi kemudahan dalam mengakses informasi mengenai
bioteknologi dan contohnya adalah:
BLAST, merupakan program yang
berguna untuk mencari kesamaan urutan, dikembangkan di NCBI dan berperan dlam
mengidentifikasi gen dan fitur genetik. Dilengkapi perangkat lunak tambahan
berupa ORF Finder, PCR elektronik, dan Bank IT
ENTREZ, sistem pencarian NCBI yang
memberikan pengguna dengan akses terpadu untuk urutan, taksonomi pemetaan, dan
data struktural. Menyediakan pemandangan grafis dari urutan peta kromosom dan
dilengkapi dengan kemampuan mengambil urutan terkait, struktur, dan referensi.
C. Databases
and Software
1. Entrez
Entrez merupakan sistem pencarian informasi dalam NCBI yang menyediakan akses
terintegrasi untuk melakukan sekuensing, pemetaan (mapping) , taksonomi dan
data struktural. Entrez juga menyediakan gambaran grafis untuk mapping sekuen
dan kromosom. Ciri khas dan keunggulan Entrez adalah kemampuan untuk pencarian informasi
terkait sekuen, struktur dan referensi. Literatur jurnal yang tersedia dapat diakses
melalui PubMed. PubMed merupakan alat penghubung pencarian di web yang menyediakan
akses ke lebih dari 11 juta sitasi jurnal di MEDLINE. Entrez Gene adapat diakses
pada www.ncbi.nlm.nih.gov/gene.
2.
Nucleotide Database
Database
nukleotida merupakan suatu koleksi sekuen dari beberapa sumber, termasuk diantaranya GenBank, Reference
Sequence (RefSeq), Third Party Annotation (TPA) dan Protein Data Bank (PDB).
a.
GenBank
GenBank merupakan database sekuen
genetik dari NIH (National Institutes of Health), berupa koleksi sekuen DNA
yang dapat diketahui oleh publik. Database GenBank dibiayai dan didistribusikan
oleh NCBI. Data sekuen dikirim ke GenBank oleh peneliti dari seluruh dunia.
Cari
GenBank untuk pengidentifikasi urutan dan penjelasan dengan Entrez Nukleotida,
yang terbagi menjadi tiga divisi: CoreNucleotide (koleksi utama), dbEST (Tag
urutan Dinyatakan), dan dbGSS (Genome Urutan Survey). Cari dan menyelaraskan
urutan GenBank ke urutan query menggunakan BLAST (Basic Penyelarasan Alat
Pencarian Lokal). Pencarian BLAST CoreNucleotide, dbEST, dan dbGSS mandiri;
melihat info BLAST untuk informasi lebih lanjut tentang database BLAST banyak.
Cari link dan urutan. Upload programatik menggunakan NCBI e-utilitas.
Database
GenBank dirancang untuk menyediakan dan mendorong akses dalam komunitas ilmiah
untuk sebagian to date dan informasi urutan DNA yang komprehensif. Oleh karena
itu, NCBI menempatkan tidak ada pembatasan pada penggunaan atau distribusi dari
data GenBank. Namun, beberapa mungkin menyerahkan mengklaim paten, hak cipta,
atau hak kekayaan intelektual dalam semua atau sebagian dari data yang mereka
telah disampaikan. NCBI tidak dalam posisi untuk menilai keabsahan klaim
tersebut, dan karena itu tidak dapat memberikan komentar atau izin terbatas
mengenai penggunaan, menyalin, atau distribusi dari informasi yang terdapat
dalam GenBank.
Dalam NCBI juga terdapat data
mengenai bentuk-bentuk tiga dimensi protein. Menu yang terdapat pada home NCBI
adalah:
· Chemicals & Uji hayati
· Data & Software
· DNA & RNA
· Domain & Struktur
· Gen & Ekspresi
· Genetika & Pengobatan
· Genom & Maps
· homologi
· literatur
· protein
· urutan Analisis
· taksonomi
· Pelatihan & Tutorial
· variasi
3.
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.
Ada 5 program utama dalam BLAST,
yaitu :
a. nucleotide blast (blastn) : membandingkan suatu sekuen
nukleotida yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida.
b. protein blast (blastp) : membandingkan suatu sekuen asam
amino yang kita miliki dengan database sekuen protein.
c. blastx : membandingkan produk translasi
konsep 6-frame sebuah sekuen nukleotida (translated nucleotide) yang kita
miliki dengan database sekuen protein.
d. tblastn : membandingkan suatu sekuen
protein yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida yang secara dinamis
ditranslasi pada semua pembacaan 6 frame.
e. tblastx : membandingkan suatu translasi 6
frame dari nukleotida.
D. Sekuensing
DNA
Sekuensing
DNA atau pengurutan DNA adalah proses atau teknik penentuan urutan basa
nukleotida pada suatu molekul DNA.Urutan tersebut dikenal sebagai sekuens DNA
yang merupakan informasi paling mendasar suatu gen atau genom karena mengandung
instruksi yang dibutuhkan untuk pembentukan tubuh makhluk hidup. Sekuensing DNA
dapat dimanfaatkan untuk menentukan identitas maupun fungsi gen atau fragmen
DNA lainnya dengan cara membandingkan sekuensnya dengan sekuens DNA lain yang
sudah diketahui. Teknik ini digunakan dalam riset dasar biologi maupun berbagai
bidang terapan seperti kedokteran, bioteknologi, forensik, dan antropologi.
Teknik
sekuensing DNA mulai dikembangkan pada tahun 1970-an dan telah menjadi hal
rutin dalam penelitian biologi molekular pada dekade berikutnya berkat dua
metode yang dikembangkan secara independen namun hampir bersamaan oleh tim
Walter Gilbert di Amerika Serikat dan tim Frederick Sanger di Inggris sehingga
kedua ilmuan tersebut mendapatkan penghargaan Nobel Kimia pada tahun 1980.
Selanjutnya,
metode Sanger menjadi lebih umum digunakan dan berhasil diautomatisasi pada
pertengahan 1980-an. Sejak tahun 1995, berbagai proyek genom yang bertujuan
menentukan sekuens keseluruhan DNA pada banyak organisme telah diselesaikan,
termasuk proyek genom manusia. Sekuensing DNA seluruh genom semakin terjangkau
dan cepat dilakukan berkat pengembangan sejumlah teknik sekuensing generasi
berikutnya mulai tahun 2000-an
Prinsip Sekuensing DNA
Molekul DNA rekombinan yang
memperlihatkan hasil positif dalam reaksi hibridisasi dengan fragmen pelacak
sangat diduga sebagai molekul yang membawa fragmen sisipan atau bahkan gen yang
diinginkan. Namun, hal ini masih memerlukan analisis lebih lanjut untuk
memastikan bahwa fragmen tersebut benar-benar sesuai dengan tujuan kloning.
Analisis antara lain dapat dilakukan atas dasar urutan (sekuens) basa fragmen
sisipan.
Penentuan urutan (sekuensing) basa DNA
pada prinsipnya melibatkan produksi seperangkat molekul/fragmen DNA yang
berbeda-beda ukurannya tetapi salah satu ujungnya selalu sama. Selanjutnya,
fragmen-fragmen ini dimigrasikan/dipisahkan menggunakan elektroforesis gel
poliakrilamid atau polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) agar pembacaan
sekuens dapat dilakukan. Di bawah ini akan diuraikan sekilas dua macam metode
sekuensing DNA.
Metode
Maxam-Gilbert
Metode
sekuensing DNA yang pertama dikenal adalah metode kimia yang dikembangkan oleh
A.M. Maxam dan W. Gilbert pada tahun 1977. Pada metode ini fragmen-fragmen DNA
yang akan disekuens harus dilabeli pada salah satu ujungnya, 124 biasanya menggunakan
fosfat radioaktif atau suatu nukleotida pada ujung 3’. Metode Maxam-Gilbert
dapat diterapkan baik untuk DNA untai ganda maupun DNA untai tunggal dan
melibatkan pemotongan basa spesifik yang dilakukan dalam dua tahap.
Molekul DNA terlebih dahulu
dipotong-potong secara parsial menggunakan piperidin. Pengaturan masa inkubasi
atau konsentrasi piperidin akan menghasilkan fragmen-fragmen DNA yang
bermacam-macam ukurannya. Selanjutnya, basa dimodifikasi menggunakan
bahan-bahan kimia tertentu. Dimetilsulfat (DMS) akan memetilasi basa G, asam
format menyerang A dan G, hidrazin akan menghidrolisis C dan T, tetapi garam
yang tinggi akan menghalangi reaksi T sehingga hanya bekerja pada C. Dengan
demikian, akan dihasilkan empat macam fragmen, masing-masing dengan ujung G,
ujung A atau G, ujung C atau T, dan ujung C.
Gambar 1. Page sekuensing dengan metode Maxam-Gilbert
Dari
hasil PAGE pada dapat diketahui sekuens fragmen DNA yang dipelajari atas dasar
laju migrasi masing-masing pita. Lajur kedua berisi fragmenfragmen yang salah
satu ujungnya adalah A atau G. Untuk memastikannya harus dilihat pita-pita pada
lajur pertama. Jika pada lajur kedua terdapat pita-pita yang posisi migrasinya
sama dengan posisi migrasi pada lajur pertama, maka dapat dipastikan bahwa pita-pita
tersebut merupakan fragmen yang salah satu ujungnya adalah G. Sisanya adalah
pita-pita yang merupakan fragmen dengan basa A pada salah satu ujungnya. Cara
yang sama dapat kita gunakan untuk memastikan pita-pita pada lajur ketiga,
yaitu dengan membandingkannya dengan pita-pita pada lajur keempat.
Seperti
halnya pada elektroforesis gel agarosa, laju migrasi pita menggambarkan ukuran
fragmen. Makin kecil ukuran fragmen, makin cepat migrasinya. Dengan demikian,
ukuran fragmen pada contoh tersebut di atas dapat diurutkan atas dasar
laju/posisi migrasinya. Jadi, kalau diurutkan dari yang terkecil hingga yang
terbesar, 125 hasilnya adalah fragmen-fragmen dengan ujung
TTGCCCCGCGTGGCGCAAAGG. Inilah sekuens fragmen DNA yang dipelajari.
Metode
Sanger
Metode
Sanger pada dasarnya memanfaatkan dua sifat salah satu subunit enzim DNA
polimerase yang disebut fragmen klenow. Kedua sifat tersebut adalah
kemampuannya untuk menyintesis DNA dengan adanya dNTP dan ketidakmampuannya
untuk membedakan dNTP dengan ddNTP. Jika molekul dNTP hanya kehilangan gugus
hidroksil (OH) pada atom C nomor 2 gula pentosa, molekul ddNTP atau dideoksi
nukleotida juga mengalami kehilangan gugus OH pada atom C nomor 3 sehingga
tidak dapat membentuk ikatan fosfodiester. Artinya, jika ddNTP disambungkan
oleh fragmen klenow dengan suatu molekul DNA, maka polimerisasi lebih lanjut
tidak akan terjadi atau terhenti. Basa yang terdapat pada ujung molekul DNA ini
dengan sendirinya adalah basa yang dibawa oleh molekul ddNTP.
Dengan
dasar pemikiran itu sekuensing DNA menggunakan metode dideoksi dilakukan pada
empat reaksi yang terpisah. Keempat reaksi ini berisi dNTP sehingga
polimerisasi DNA dapat berlangsung. Namun, pada masing-masing reaksi juga
ditambahkan sedikit ddNTP sehingga kadang-kadang polimerisasi akan terhenti di
tempat -tempat tertentu sesuai dengan ddNTP yang ditambahkan. Jadi, di dalam
tiap reaksi akan dihasilkan sejumlah fragmen DNA yang ukurannya bervariasi
tetapi ujung 3’nya selalu berakhir dengan basa yang sama. Sebagai contoh, dalam
reaksi yang mengandung ddATP akan diperoleh fragmen-fragmen DNA dengan berbagai
ukuran yang semuanya mempunyai basa A pada ujung 3’nya.
| Gambar 2. Skema sekuensing DNA. a) reaksi polimerisasi dan terminasi b) PAGE untuk melihat ukuran fragmen |
Pada
gambar diberikan sebuah contoh sekuensing sebuah fragmen DNA. Tabung ddATP
menghasilkan dua fragmen dengan ukuran tiga dan tujuh basa; tabung ddCTP
menghasilkan tiga fragmen dengan ukuran satu, dua, dan empat basa; tabung ddGTP
menghasilkan dua fragmen dengan ukuran lima dan sembilan basa; tabung ddTTP
menghasilkan dua fragmen dengan ukuran enam dan delapan basa. Di depan (arah
5’) tiap fragmen ini sebenarnya terdapat primer, yang berfungsi sebagai
prekursor reaksi 126 polimerisasi sekaligus untuk kontrol hasil sekuensing
karena urutan basa primer telah diketahui.
Untuk
melihat ukuran fragmen-fragmen hasil sekuensing tersebut dilakukan
elektroforesis menggunakan gel poliakrilamid sehingga akan terjadi perbedaan
migrasi sesuai dengan ukurannya masing-masing. Setelah ukurannya diketahui,
dilakukan pengurutan fragmen mulai dari yang paling pendek hingga yang paling
panjang, yaitu fragmen dengan ujung C (satu basa) hingga fragmen dengan ujung G
(sembilan basa). Dengan demikian, hasil sekuensing yang diperoleh adalah
CCACGTATG. Urutan basa DNA yang dicari adalah urutan yang komplementer dengan
hasil sekuensing ini, yaitu GGTGCATAC.
KESIMPULAN
GenBank menjadi media sumber informasi perkembangan
biologi molekuler yang dapat diakses oleh publik, merangsang riset biologi
terkomputasi, mengembangkan software penganalisis data genome, dan menyebarkan
informasi biomedical. GenBank dapat mengarahkan pemahaman yang lebih baik tentang
proses-proses molekuler yang mempengaruhi manusia dan kesehatannya.
DAFTAR PUSTAKA
http://passeriformes.weebly.com/uploads/7/8/0/4/7804555/bab-xiii-sekuensing-dna.pdf
Komentar
Posting Komentar