Mengenal BLAST – Wujud Nyata Perpaduan Biologi dan Informatika

blast_process

Biologi feat. Informatika? Masa’ iya?

Apa yang kamu ketahui mengenai biologi secara umum? Pelajaran penuh hafalan? Pelajaran untuk yang suka sains tapi tidak suka matematika? Mungkin itu yang terjadi di masa lampau. Namun sekarang kita dituntut untuk memahami ilmu secara multidisiplin. Salah satunya adalah ilmu biologi yang sekarang juga menerapkan konsep dan kakas informatika, alias bioinformatika.

Terus, apa kaitan bioinformatika dengan DNA? Pasti teman-teman sudah sama-sama memahami, molekul DNA ini memiliki peran penting dalam menentukan karakteristik suatu makhluk hidup dan bagaimana regulasi metabolismenya, karena dari DNA inilah karakteristik fisik serta proses biologis dalam tubuh dikendalikan [1-2]. Sebagai contoh, DNA simpanse dan manusia memiliki kemiripan sebesar 98,8% [3]. Artinya, hanya 1,2% DNA ini yang membuat kita berbeda dan bisa mengembangkan kemampuan kognitif yang luar biasa. Atas dasar ini, perbedaan pada susunan DNA makhluk hidup dapat dijadikan sebagai “sidik jari” untuk mengenal makhluk hidup tertentu.

Jika demikian, bagaimana sih caranya DNA ini bisa menjadi penentu jenis makhluk hidup? Adakah perangkat lunak yang mampu memprediksi DNA berdasarkan urutan sekuens, seperti layaknya sidik jari? Hal tersebut yang menjadi isu panas dan orang berlomba-lomba untuk mewujudkannya pada tahun 2000an. Hasilnya, terciptalah salah satu kakas bioinformatika terpopuler di dunia, yaitu BLAST [4].

BLAST, Perwujudan Biologi feat. Informatika aka Bioinformatika

BLAST? Maksudnya ledakan? Tentu tidak, BLAST merupakan singkatan dari Basic Local Alignment Search Tool. BLAST ini sebenarnya apa sih memangnya?

Singkatnya BLAST merupakan perangkat lunak berbasis web yang bisa kamu gunakan untuk melakukan pengecekan beragam data sekuens biologi (DNA dan protein). Bagaimana BLAST dapat mengecek sekuens tersebut?

Cara kerja BLAST adalah dengan membandingkan data masukan dari pengguna (atau jika perlu, diolah terlebih dahulu) dengan data referensi. Diagram penggunaan BLAST dapat dilihat pada Gambar 1.

blank
Gambar 1. Proses pencarian sekuens dengan BLAST.
Data dari pengguna atau sequence data akan diproses oleh BLAST berdasarkan sequence database dan menghasilkan luaran (output) berupa urutan yang paling mirip, namun dengan data tambahan seperti misalnya spesies tersebut.

Diagram Gambar 1 menjelaskan proses BLAST yang cukup sederhana sebagai kakas bioinformatika. Sekuens data yang dimasukkan oleh pengguna akan diolah oleh BLAST untuk menemukan sekuens yang mirip dengan metode penjajaran (alignment), sehingga nantinya akan didapat luaran berupa sekuens yang cocok dan memiliki kriteria tertinggi secara statistik.

Hal tersebut yang membuat BLAST menjadi populer, karena BLAST bekerja berbasiskan sekuens DNA dan protein. DNA dan protein merupakan molekul yang penting dalam riset biologi molekuler karena hanya berdasarkan sekuens ini, identifikasi dan perekayasaan makhluk hidup dapat dilakukan lebih lanjut.

BLAST juga memiliki kecepatan tinggi dalam memproses sekuens, sehingga memudahkan kita dalam melakukan penelitian biologi molekuler. Hasil sekuens yang didapat dari BLAST juga memiliki akurasi yang baik secara statistik.

Sebagai aplikasi basis web, kamu bisa akses sendiri BLAST di sini. Saat kamu buka laman utama BLAST, kurang lebih tampilannya akan seperti pada Gambar 2 :

blank
Gambar 2. Tampilan laman utama BLAST

Fitur pada BLAST

Gambar 2 menampilkan fitur yang dimiliki BLAST, dan fitur tersebut bisa kamu gunakan untuk mencari spesies berdasarkan DNA yang kita masukkan dalam BLAST. Selain itu, ada juga beberapa fitur lainnya seperti yang tertulis pada Tabel 1, yang memiliki ragam fungsi dari mencari protein yang dihasilkan oleh DNA tertentu (ingat dogma sentral biologi ya!)

Tabel 1. Fitur BLAST [5]

Nama Fitur

Tipe Masukan

Hasil

Kegunaan Umum

blastn

Sekuens DNA (nukleotida)

Sekuens DNA (nukleotida)

Eksplorasi spesies berdasarkan DNA yang kita miliki, memetakan oligonukleotida (DNA pendek yang terdiri dari ± 25 nukleotida) dan hasil dari PCR, mengetahui fungsi DNA spesifik (anotasi)

blastp

Protein

Protein

Analisis pohon filogenetik berdasarkan protein serta identifikasi zona yang sama pada protein

blastx

Sekuens DNA (nukleotida)

Protein dari nukleotida yang dimasukkan dalam program blastx

Menemukan hubungan antara gen pengkode protein dan protein

tblastn

Protein

Sekuens DNA (nukleotida) dari protein yang dimasukkan dalam program tblastn

Identifikasi RNA berdasarkan DNA yang dimasukkan dalam program serta memetakan protein pada DNA yang dapat menghasilkan protein

tblastx

Sekuens DNA yang akan diterjemahkan dalam kode protein

Sekuens DNA yang akan diterjemahkan dalam kode protein

Prediksi gen antar spesies

Jika memang BLAST merupakan mesin pencari sekuens DNA atau protein, memang berasal dari mana referensinya? Referensi BLAST berasal dari NCBI (National Center of Biotechnology Information), sebuah konsorsium riset Amerika Serikat yang menyimpan data sekuens yang berasal dari penelitian-penelitian sebelumnya.

Selain NCBI, ada lagi jenis konsorsium riset tempat database semacam ini, misalnya EBI (European Bioinformatics Institute) atau KEGG (Kyoto Encyclopedia of Gene and Genome). Kita juga bisa lho menjadi kontributor dari sekuens DNA dan protein tersebut, berdasarkan penelitian yang kita lakukan.

Namun, bagaimana sih penggunaan BLAST ini? Penasaran cara penggunaan BLAST? Sebagai intro, mungkin kamu bisa unduh dulu berkas sekuens DNA di sini untuk selanjutnya kita pakai untuk tutorial kecil BLAST!!

Penggunaan BLAST

Kamu bisa klik Nucleotide BLAST dan muncullah laman ini, seperti Gambar 3.

blank
Gambar 3. Tampilan blastn

Klik tombol Choose File, dan masukkan file yang tadi kamu sudah unduh (AA0355.fna) dan kamu bisa klik tombol BLAST seperti pada Gambar 4. Biarkan semua opsi tetap default ya.

blank
Gambar 4. Klik BLAST!!

Hasil BLAST dari sekuens tersebut adalah sebagai berikut, seperti yang ada pada Gambar 5 :

blank
Gambar 5. Hasil dari blastn

Berdasarkan hasil blastn, terdapat beberapa organisme dengan hasil sekuens yang cocok dengan sekuens masukan, yang dapat dilihat dari query cover mencapai 100%. Hasil ini menunjukkan seluruh sekuens DNA masukan cocok dengan database referensi, dan nilai e-value sebesar 0 memiliki arti tidak ada kesalahan pada sekuens masukan dan database.

Nah, kata siapa anak biologi identik dengan hafalan tanpa memahami ilmu lain, seperti informatika?

Referensi.

[1] Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. B. (2014). Campbell Biology. Boston: Pearson.

[2] Grimbs, A., Klosik, D. F., Bornholdt, S., & Hütt, M. T. (2019). A system-wide network reconstruction of gene regulation and metabolism in Escherichia coli. PLoS computational biology15(5), e1006962.

[3] Enard, W., Fassbender, A., Model, F., Adorján, P., Pääbo, S., & Olek, A. (2004). Differences in DNA methylation patterns between humans and chimpanzees. Current Biology14(4), R148-R149.

[4] Zhang, Z., Schwartz, S., Wagner, L., & Miller, W. (2000). A greedy algorithm for aligning DNA sequences. Journal of Computational biology7(1-2), 203-214.

[5] National Center for Biotechnology Information (US), & Camacho, C. (2008). BLAST (r) Command Line Applications User Manual. National Center for Biotechnology Information (US).

.

Setelah selesai membaca, yuk berikan artikel ini penilaian!

Klik berdasarkan jumlah bintang untuk menilai!

Rata-rata nilai 5 / 5. Banyaknya vote: 1

Belum ada yang menilai! Yuk jadi yang pertama kali menilai!

Baca juga:
Muhammad Naufal Hakim
Follow me
Artikel Berhubungan:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *