Hubungan sinergis antara Bioinformatika dan Biokimia

Semenjak struktur 3D (tiga dimensi) DNA dielusidasi pada tahun 50an oleh Watson dan Crick, ilmu Biokimia telah berkembang demikian pesat. Setelah elusidasi struktur DNA, Biokimia diperkaya dengan penemuan-penemuan lanjutan yang tidak kalah penting, seperti penemuan fungsi enzim restriksi, elusidasi struktur 3D protein, sekuensing DNA/RNA/Protein dan tentu saja penggunaan teknologi DNA rekombinan, yang membuka lebar berbagai kemungkinan pada riset rekayasa genetika. Babak baru dalam perkembangan ilmu biokimia terjadi pada pengumuman Human Genome Project (Proyek Genom Manusia/PGM). Proyek ini bertujuan untuk mensekuensing seluruh sekuens DNA (Genom) yang terdapat pada manusia. Setelah proyek sekuensing ini selesai, diharapkan kedepannya informasi dari Genom tersebut bisa digunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan mendasar mengenai mekanisme ekspresi genetik, interaksi protein-protein, dan mekanisme penularan virus pada manusia. Aspek rekayasa dari proyek ini, tentu saja adalah untuk mendesain agen terapi untuk berbagai penyakit, baik penyakit menular atau tidak menular. Setelah proyek ini selesai pada tahun 2001, pada database genbank di situs NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) , terdapat berbagai data sekuens DNA/RNA/Protein, yang tersebar di berbagai entri. Namun, apakah makna dari semua data sekuens tersebut? Bagaimana mengkonversi data-data mati tersebut, menjadi informasi yang berguna demi kepentingan ilmu pengetahuan dan kemanusiaan? Mari kita simak.

Bersamaan dengan pengembangan ilmu Biokimia/Biologi Molekuler, Teknologi Informasi (TI), sebagai ilmu yang baru, juga berkembang pesat. Semenjak Intel, IBM, dan Microsoft berkolaborasi untuk menciptakan IBM PC, maka komputer menjadi barang yang bisa digunakan oleh semua kalangan. Sementara Apple menciptakan Macintosh, yang adalah komputer dengan GUI (Graphical User Interface), yang segera ditiru oleh Microsoft dengan Windowsnya. Dengan demikian, komputer menjadi semakin mudah digunakan, karena berbasis grafis. Akhirnya, perkembangan dunia TI telah mencapai babak baru, setelah Linus Torvald menciptakan sistim operasi Linux, yang adalah Open Source. Dengan kaidah Open Source, maka dimungkinkan diciptakan software, yang dapat digandakan, dan dimodifikasi tanpa mendapat tuntutan hak cipta (copyrights). Prinsip ini memungkinkan penyebaran ilmu pengetahuan, tanpa batas, dan murah. Contoh dari aplikasi Open Source adalah ensiklopedia Wikipedia. Adapun TI telah sukses diaplikasikan pada industri kelas berat, seperti keuangan dan militer. TI pun juga telah sukses diaplikasikan pada dunia kedokteran/kesehatan, misalnya untuk manajemen rumah sakit, dan Medical Imaging. Namun, bagaimana peran TI dalam menyelesaikan masalah Biokimia/Biologi Molekuler? Bagaimana hubungannya dengan ilmu kimia?

Setelah PGM diselesaikan, muncul masalah baru. Sebab, untuk mengetahui mekanisme biokimiawi/biomolekuler pada tubuh manusia, informasi mengenai sekuens DNA saja tidak cukup. Diperlukan juga informasi mengenai sekuens RNA dan Protein. Akhirnya, data mengenai sekuens protein sudah mulai banyak, namun akhirnya muncul pertanyaan baru lagi. Hanya dengan mengetahui sekuens protein, tidak mungkin mengetahui bagaimana reaktivitas protein. Reaktivitas protein sangat tergantung pada struktur protein, dengan kata lain struktur primer, sekunder, tersier dan kuartenernya harus diketahui. Jika membicarakan struktur protein, ini sudah memasuki ilmu kimia, sebab dalam pembentukan struktur protein, ikatan kimia berperan sangan penting.

Contohnya, peranan ikatan hidrogen, van der waals, kovalen, dan ionik, semuanya berperan penting dalam pembentukan struktur protein. Dalam mendesain obat modern, selain informasi sekuens, informasi mengenai ikatan kimia sangat penting. Interaksi protein-obat adalah tema riset yang sangat penting dalam kimia farmasetikal. Prinsipnya, pengetahuan mengenai struktur protein, akan memimpin kita pada pengetahuan mengenai fungsi protein. Jika fungsi protein diketahui, maka pertanyaan-pertanyaan mendasar mengenai mekanisme protein, mekanisme penularan virus, dan masalah biomedis lainnya, akan mulai mendasar. Namun untuk mengetahui struktur protein secara lengkap, wajib mengetahui ilmu kimia. Ilmu TI di masa sekarang, telah memungkinkan untuk mengkomputasi struktur protein secara lengkap, dan juga untuk mengkomputasi interaksi ikatan, dan juga interaksi protein dengan obat atau inhibitor. Hal ini sebenarnya juga telah dilakukan pada riset kimia teoritis, dimana untuk mengetahui energi minimum dari suatu konformasi senyawa, diperlukan tenaga komputasi yang sangat besar, terutama jika senyawa tersebut sangat kompleks. Bioinformatika dalam perspektif ini, bisa ditafsirkan sebagai upaya kimia teoritis untuk menyelesaikan masalah kedokteran/kesehatan/famasetikal.

Daftar Referensi:

1.      Claverie, Jean et al. 2003. Bioinformatics for Dummies. Mc Graw Hill. New York

2.      Huheey, James et al. 1997. Inorganic Chemistry: Principle of Structure and Reactivity.