Abstrak
Telah dilakukan percobaan yang berjudul “Bioinformatika (Konstruksi Pohon Filogeni)” bertujuan untuk Menentukan hubungan kekerabatan antar organisme (bakteri) melalui konstruksi pohon filogeni.Fungsi filogeni yaitu dapat menunjukkan hubungan evolusi antar organism (hubungan kekerabatan) yang mana sampel memiliki sifat yang sama dengan kerabat yang terdekat karena sejenis. Sampel DNA identik dengan Streptococcus Agalatiae SA20. Program yang digunakan dalam percobaan ini adalah NCBI, BLAST, seqbooth, exe, DNAPARS dan consense.exe. Metode yang digunakan adalah metode higuchifractal. Prinsipnya adalah search engine ( memberi input berupa urutan nukleotida ) dan menerjemahkannya ke dalam kode-kode genetic sehingga diketahui susunan asam amino dalam skuensinya. Hasil yang diperoleh adalah sampel mempunyai kekerabatan dekat dengan Streptococcus Agalatiae SA20. yaitu merupakan jenis gen 16 S rRNA sehingga dapat disimpulkan bahwa sampel merupakan jenis bakteri yang mempunyai gen jenis 16 S rRNA.
Kata Kunci : Bioinformatika, pohon filogeni, NCBI, BLAST, 16 S rRNA
Abstract
Have performed experiments entitled " Bioinformatics ( Phylogeny Tree Construction ) " aims to Determine kinship between organisms ( bacteria ) through filogeni.Fungsi phylogeny tree construction is that it can show the evolutionary relationships between organisms ( kinship ) in which the sample has the same properties as nearest relatives because similar . DNA sample identical to the organism Streptococcus Agalatiae SA20. The program used in this experiment is the NCBI , BLAST , seqbooth , exe , DNAPARS and consense.exe. Method used are higuchifractal method . The principle is to search engines ( give input in the form of a sequence of nucleotides ) and translate them into the genetic codes that are known amino acid composition in skuensinya . The result is a sample has a close kinship with Streptococcus Agalatiae SA20, which is a type 16 S rRNA gene so that it can be concluded that the sample is a type of bacteria that have a type 16 S rRNA gene .
Keywords : Bioinformatics , tree phylogeny , NCBI , BLAST, 16 S rRNA
PERCOBAAN VI BIO INFORMATIKA (Konstruksi Pohon Filogeni)
I. TUJUAN PRCOBAAN
Menentukan hubungan kekerabatan antar organisme (bakteri) melalui konstruksi pohon filogeni.
II. DASAR TEORI
2.1.Bioinformatika
Bioinformatika adalah bidang ilmu yang lahir dan diperlukannya kemampuan computer berdaya tinggi untuk membantu mengorganisir, menganalisis dan menyimpan informasi biologis (Susan, 2002)
Tipe-tipe informasi biologis primer yang terlibat dalam bio informatika adalah data sekuens DNA dan protein. Setelah teknologi sequencing DNA menjadi mudah dan otomatis, dihasilkan sekuens gen dalam jumlah yang luar biasa banyaknya. Database public diciptakan untuk menampung informasi dan mengizinkan semua orang untuk menggunakannya. Data base yang tetap atau definitive di Amerika Serikat bagi sekuens-sekuens gen disebut Gen Bank yang ditangani oleh National Center yor Biotechnology Information (NCBI) (Susan,
2002).
Karena teknologi sequencing DNA telah mengalami kemajuan dengan amat cepat, para peneliti tidak hanya melakukan sequencing atas gen-gen tunggal namun juga genom keseluruhan organism, berkisar dari bakteri dan virus sampai tumbuhan, serangga dan manusia. Sebagian besar informasi itu juga dimasukkan ke dalam database public untuk digunakan dan dianalisis oleh para saintis dari seluruh dunia.Sebagian informasi itu digunakan oleh perusahaan- perusahaan bioteknologi dan farmasi untuk membantu mereka mengembangkan obat-obatan dan penanganan penyakit lebih baik.(Susan, 2002)
2.2. DNA
Asam deosiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA, adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyususn berat kering setiap organisme. DNA umumnya terdapat di dalam sel.DNA merupakan suatu polimer , rekombinasi DNA merupakan suatu proses alamiah denagn unsure-unsur material genetik (pecahan- pecahan molekul DNA) dipersatukan ke dalam suatu molekul DNA yang lain. DNA produk dirujuk sebagai suatu DNA rekombinan (Fessenden, 1986).
DNA merupakan molekul yang amat panjang, terdiri dari ribuan deoksiribosa nukleotida yang tergabung dalam suatu urutan yang bersifat khas bagi setiap organisme. Molekul ini biasanya berbentuk rantai ganda. Kromosom sel kariotik merupakan satu molekul besar DNA yang berikatan erat menjadi suatu daerah int i atau nukleotida. Sel eukariotik mengandung sejumlah molekul DNA. Masing-masing pada umumnya memiliki ukuran jauh lebih besar daripada sel prokariota.molekul DNA dalam eukariota bergabung dengan molekul protein dan dikelompokan menjadi serabut kromatin di dalam nucleus, yang dikelilingi sistem ganda yang kompleks. DNA berfungsi untuk menyimpan informasi genetik seacra lengkap yang diperlukan untuk menentukan struktur semua protein dari tiap-tiap spesies organisme agar biosintesis sel dan jaringan berlangsung secara teratur, untuk menentukan aktivitas organisme sepanjang siklus hidupnya dan untuk menentukan kekhususan organisme tertentu. Basa purin yang terdapat dalam DNA adalah adenin dan guanin sedangkan basa pirimidin yang terdapat dalam DNA adalah sitosin dan timin. Antara basa-basa yang terdapat pada rantai asam nukleat ini terikat dengan suatu ikatan hidrogen. Adenin dapat membentuk dua ikatan
hidrogen dengan timin (A=T), sedangkan Guanin dan sitosin dapat membentuk tiga ikatan hidrogen (G C). Ikatan yang terbentuk antara
basa-basa tersebut dapat dilihat dari struktur berikut:
2.3. Filogenetika
Protein-protein dapat berevolusiN dengan laju yang berbeda-beda akibat adanya factor intrinsik N(mekanisme perbaikan-perbaikan ) N dan faktor ekstrinsik (mutagen dari lingkungan). Protein-protein yang sangat lestari (conversed) tampaknya hanya mampu monoleransi sedikit perubahan kecil sedangkan sejumlah protein lainnya mampu menyerap berbagai mutasi tanpa kehilangan fusngsinya. Mutasi yang terjadi di luar daerah yang terlibat dalam fungsi normal molekul dapat ditoleransi sebagai mutasi netral secara selektif.Seiring berjalannya waktu geologis, mutas-mutasi netral tersebut cenderung terakumulasi
di dalam garis keturunan geneologis. Jika kita asumsikan kalau mutasi-mutasi netral semacam itu terakumulasi dengan laju konstan untuk protein yang sangat lestari, maka kita bisa menentukan po la percabangan dari pohon filogenetik (disebut juga kladogram atau
pohon evolusi).(William,2002)
2.4. Blast
Membandingkan data urutan nukleotida/protein dengan database nukleotida/protein di seluruh dunia melalui situs dan beberapa situs lainnya (Susan, 2002).
Selain sekedar menyimpan informasi biologis, database itu bisa digunakan untuk menganalisis gen-gen, fungsi-fungsinya dan evolusinya, Sebagai contoh, jika sebuah gen diklona dan di sequencing, sekuens itu bisa digunakan untuk penelusuran yang disebut BLAST, terhadap semua sekuens yang diketahui (yang berjumlah 12 juta dan masih terus bertambah) (Susan, 2002).
Hal tersebut dilakukan untuk menentukan apabila (I) gen itu sudah penuh diklono dan (2) gen itu baru, kekerabatannya dengan sekuens-sekuens lain bisa membantu kita untuk menentukan kemungkinan fungsi biologisnya database protein juga bisa
ditelusuri.( Susan,2002).
2.5.NCBI
Database publik diciptakan untuk menampung informasi dan mengizinkan semua orang untuk menggunakannya. Database yang tetap atau definitive di Amerika Serikat bagi sekuens-sekuens gen disebut gen bank yang ditangani oleh National Center for Biotechnology Information (NCBI) dan pada juni 2001, telah memiliki 12.973.766 catatan sekuens dari ribuan spesies mikroba, tumbuhan dan hewan berbeda.Database tersebut bisa ditemukan dalam situs NCBI, http:// www.ncbi.nlm.nih.gonav/. Ada database- database tambahan untuk sekuens DNA di Jepang pada data bank of japan (DDBJ) dan di Eropa pada European Molecular Biology Laboratory (GMBL). Semua database itu merupakan sistem-sistem yang bekerja sama.( Susan, 2002)
Pusat Informasi Bioteknologi Nasional (NCBI), telah didirikan sejak tahun 1988 sebagai sebuah sumber nasional untuk informasi biologi molekuler. NCBI membuat database yang dapat diakses secara umum, mengembangkan alat bantu software untuk menganalisis data genom yang menyebabkan informasi biomedik yang semuanya untuk pemahaman yang lebih baik terhadap proses molekuler yang berdampak pada kesehatan dan penyakit manusia. (Susan, 2002).
2.6 Gen 16S – RNA
Mekanisme translasi atau sintesis protein secara garis besar terdiri dari 3 tahapan, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi, sebuah molekul rRNA akan terikat pada permukaan ribosom dansub unitnya telah bergabung. Pengikatan ini terjadi pada 16SrRNA di bagian sub unitnya 303 pada ribosom prokariot. Karena pada mRNA prokariot terdapat urutan basa tertentu yang disebut sebagai tempat pengikatan ribosom (ribosom bending site) atau urutan Shine – Dolyarna (5+ - AGUmGGU – 3+). Ribosom ini spesifik dikenali oleh IGSrRNA, atau dengan kata lain sekuens 16SrRNA berfungsi sebagai sekuen anti – shine – dalyarna (Witarto, 2003).
Sifat spesifik dari 16SrRNA yang bebas ini dimiliki oleh setiap spesifik bakteri. Oleh karena itu, gen yang mengkode pembentukan 16SrRNA bias dijadikan alat identifikasi bakteri tertentu. Penggunaan analisis gen 16SrRNA sebagai acuan identifikasi bakteri secara molekuler memiliki keunggulan, dimana gen ini relatif konstan dan tidak berubah dalam jangka waktu yang sangat lama atau dengan kata lain laju mutasinya sangat kecil.
Gen – gen yang mengkode pembentukan ribosomat (rRNA) bervariasi dalam suatu operon yang sama, secara berurutan dari ujung 5+ gen tersebut masing-masing adalah 16SrRNA , 235 rRNA dan 5 rRNA. Jumlah men-operon bervariasi mulai dari satu sampai 15 operon per total genom bakteri (terminus) S‟ 16S rRNA berada pada ujung daerah dan mengkode pembentukan RNA ribosomat pada sub unit kecil ribosom. Ketiga gen tersebut dipisahkan oleh daerah spacer yang dinamakan ISR (Inter Spacer Region). Lestari (conserved area) selanjutnya akan membentuk RNA konster (lRNA) yang berperan pada proses sintesis protein (Witarto, 2003).
Gen 16S rRNA berurutan panjang antara 1500 – 1550 ph dan kaya basa nitrogen guanin dan sitosin. Pada gen 16S rRNA terdapat suatu daerah yang dinamakan daerah variabel dan daerah lestari (conserved area) , sebagian atau seluruh urutan basa pada daerah inilah yang akan menjadi urutan basa yang akan disebut oleh primer gen 16S. Daerah Lestari (conserved area) pada gen 16S rRNA umumnya memiliki ukuran sekitar 540 ph. Teknik identifikasi bakteri menggunakan analisis sekuen gen 16S rRNA sudah dimulai sejak tahun 1580-an, sehingga database nukleotida gen 16S pada bakteri sudah cukup tersedia untuk menjadi acuan identifikasi isolasi bakteri dan studi filogenik.(Witarto, 2003)
2.7 Pohon Filogenik
Pohon filogenetika atau pohon evolusi adalah diagram percabangan atau "pohon" yang menunjukkan hubungan evolusi antara berbagai spesies makhluk hidup berdasarkan kemiripan dan perbedaan karakteristik fisik dan/atau genetik mereka. Takson yang terhubung pada pohon tersebut berarti diturunkan dari satu nenek moyang bersama. Penggambaran pertama pohon ini antara lain ditemukan pada bukuElementary Geology dari Edward Hitchcock (1840) dan The Origin of Species dari Charles Darwin (1859).
Pohon filogenetika ini dapat diaplikasikan untuk membuat sistematika biologi, seperti pohon kehidupan. Selain itu pohon ini dapat digunakan untuk mencari fungsi dari suatu gen atau protein, riset medis dan epidemiologi seperti HIV, dan studi evolusi.Menurut jurnal internasional (Saitou,1987), pohon filogeni dibentuk dengan menggunakan PHYLOWIN. Dasar untuk menentukan urutan gen 16 S rRNA pada Cytophaga fermentants sebagai hasil atau luasan. Jarak pohon terbentuk dari alogaritma Neighbour_Joining dengan dua parameter koreksi.(Saitou,1987).
2.8 Higuchifractal
Metode higuchifractal merupakan metode yang cocok untuk mempelajari fluktuasi signal dan telah diaplikasikan pada urutan nukleotida. Dalam hal ini, basa ATCG dikonversikan menjadi penomoran sekuens berdasarkan nomor atom, total dari proton. (Berryman,2004)
2.9 RNA
2.9.1 Pengertian RNA
Asam ribonukleat (RNA) adalah rantai nukleotida hadir dalam sel-sel dari semua kehidupan. Rantai ini memiliki sejumlah fungsi penting bagi organisme hidup, mulai dari regulasi ekspresi gen untuk bantuan dengan menyalin gen. Severo Ochoa, Robert Holley, dan Carl Woese semua memainkan peran penting dalam menemukan RNA dan memahami cara kerjanya, dan penelitian lebih lanjut terus-menerus dilakukan.
(Berryman,2004)
RNA terdiri dari serangkaian nukleotida, yang pada gilirannya terdiri dari gula ribosa, basa dan fosfat. Banyak orang yang akrab dengan asam deoksiribonukleat (DNA), asam nukleat yang sering disebut sebagai “blok bangunan kehidupan” karena mengandung materi genetik bagi orangtua organisme tersebut. RNA sama pentingnya, bahkan jika itu adalah kurang dikenal, karena memainkan peran penting dalam membantu DNA untuk menyalin dan mengekspresikan gen, dan untuk mengangkut bahan genetik di dalam sel. RNA juga memiliki sejumlah fungsi independen yang tidak kalah penting (Berryman,2004).
RNA untai memiliki tulang punggung yang terbuat dari kelompok fosfat dan ribosa, yang empat basa dapat menempel. Keempat basa adalah adenin, sitosin, guanin, dan urasil. Tidak seperti DNA, RNA terdiri dari untai tunggal, dengan helai lipat untuk kompak diri ke dalam ruang yang ketat dari sel. Banyak virus bergantung pada RNA untuk membawa materi genetik mereka, menggunakannya untuk membajak DNA dari sel yang terinfeksi untuk memaksa sel-sel untuk melakukan apa yang diinginkan virus mereka lakukan (Berryman,2004).
Asam nukleat berperan dalam sintesis protein, duplikasi materi genetik, ekspresi gen, dan regulasi gen, antara lain. Ada beberapa jenis yang berbeda, termasuk ribosom RNA (rRNA), RNA transfer (tRNA), dan RNA (mRNA), yang semuanya memiliki fungsi yang sedikit berbeda. Studi pada jenis yang berbeda kadang-kadang mengungkapkan informasi menarik. rRNA, misalnya, mengalami sedikit perubahan selama ribuan tahun, sehingga dapat digunakan untuk melacak hubungan antara organisme yang berbeda, mencari nenek moyang yang sama atau berbeda.(Griffiths,2000)
2.9.2 Struktur RNA
RNA tersusun atas molekul-molekul berikut :
1. Gula D-ribosa
2. Fosfat
3. Basa nitrogen
RNA terdiri atas rantai poliribonukleotida yang basa-basanya biasanya adalah adenin, guanin, urasil, dan citosin. RNA terdapat dalam nukleus maupun sitoplasma sel. Variasi bentuk RNA lebih banyak daripada DNA. RNA memiliki berat molekul antara 25.000 sampa i beberapa juta. Kebanyakan RNA berisi rantai polinukleotida tunggal , tetapi rantai ini bisa terlipat sedemikian rupa membentuk daerah heliks ganda yang mengandung pasangan pasangan basa A:U dan G:C. (Griffiths,2000)
Molekul RNA mempunyai bentuk yang berbeda dengan DNA. RNA memiliki bentuk pita tunggal dan tidak berpilin. Tiap pita RNA merupakan polinukleotida yang tersusun atas banyak ribonukleotida. Tiap ribonukleotida tersusun atas gula ribosa, basa nitrogen, dan asam fosfat. Basa nitrogen RNA juga dibedakan menjadi basa purin dan basa pirimidin. Basa purinnya sama dengan DNA tersusun atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa pirimidinnya berbeda dengan DNA yaitu tersusun atas sitosin (C) dan urasil (U). (Griffiths,2000)
2.9.3 Jenis-Jenis RNA
Terdapat tiga tipe utama RNA, yakni :
1. Transfer RNA(tRNA)
RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. tRNA memiliki proporsi nukleosida yang lebih relatif tinggi.Transfer RNA (transfer-Ribonucleic acid) atau asam ribonukleat transfer adalah molekul yang menginterpretasikan pesan genetik berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA dengan cara mentransfer asam-asam amino ke ribosom dalam proses translasi.
Tiap tRNA mengandung suatu sekuen dengan tiga rangkaian basa pendek (antikodon). Semua ujung 3‟ tRNA mengandung sekuen SSA yang terletak berseberangan dengan sekuen antikodon . Suatu asam amino tertentu akan melekat pada ujung 3 tRNA. Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya tRNA, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein, yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodon pada mRNA.
2. Ribosomal RNA(rRNA)
rRNA terdapat dalam ribosom,yang mengandung protein yang massanya kurang lebih sama. Molekulnya berupa pita tunggal, tak bercabang, dan fleksibel. rRNA meliputi sekitar 80 persen total RNA dalam sel danpada sel-sel yang tidak mempunyai inti sejati terdiri atas beberapa tipe rRNA yaitu 23S rRNA, 16S rRNA, dan 5S rRNA.
3. Messenger RNA(mRNA)
RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. mRNA berupa rantai tunggal yang relatif panjang . Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Setiap molekul membawa salinan urutan DNA, yang ditranslasikan dalam sitoplasma menjadi satu rantai polipeptida atau lebih.
Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma. (Griffiths,2000)
2.9.4 Fungsi RNA
Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian di translasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru (Griffiths,2000).
Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan proteindalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.(Griffiths,2000)
Struktur RNA dan DNA
(Berryman,2004) RNA terdiri dari serangkaian nukleotida, yang pada gilirannya terdiri dari gula ribosa, basa dan fosfat. Banyak orang yang akrab dengan asam deoksiribonukleat (DNA), asam nukleat yang sering disebut sebagai “blok bangunan kehidupan” karena mengandung materi genetik bagi orangtua organisme tersebut. RNA sama pentingnya, bahkan jika itu adalah kurang dikenal, karena memainkan peran penting dalam membantu DNA untuk menyalin dan mengekspresikan gen, dan untuk mengangkut bahan genetik di dalam sel. RNA juga memiliki sejumlah fungsi independen yang tidak kalah penting (Berryman,2004).
RNA untai memiliki tulang punggung yang terbuat dari kelompok fosfat dan ribosa, yang empat basa dapat menempel. Keempat basa adalah adenin, sitosin, guanin, dan urasil. Tidak seperti DNA, RNA terdiri dari untai tunggal, dengan helai lipat untuk kompak diri ke dalam ruang yang ketat dari sel. Banyak virus bergantung pada RNA untuk membawa materi genetik mereka, menggunakannya untuk membajak DNA dari sel yang terinfeksi untuk memaksa sel-sel untuk melakukan apa yang diinginkan virus mereka lakukan (Berryman,2004).
Asam nukleat berperan dalam sintesis protein, duplikasi materi genetik, ekspresi gen, dan regulasi gen, antara lain. Ada beberapa jenis yang berbeda, termasuk ribosom RNA (rRNA), RNA transfer (tRNA), dan
RNA (mRNA), yang semuanya memiliki fungsi yang sedikit berbeda. Studi pada jenis yang berbeda kadang-kadang mengungkapkan informasi menarik. rRNA, misalnya, mengalami sedikit perubahan selama ribuan tahun, sehingga dapat digunakan untuk melacak hubungan antara organisme yang berbeda, mencari nenek moyang yang sama atau berbeda.(Griffiths,2000)
(Griffiths,2000)
2.10 Gen Bank
GenBank adalah akses terbuka, yang berisis koleksi beranotasi dari semua urutan nukleotida serta terjemahan proteinnya yang tersedia untuk umum. Database ini diproduksi dan dikelola oleh National Center for Biotechnology Information (NCBI) sebagai bagian dari International Nukleotida Sequence Database Colaboration (INSDC). Pusat Nasional untuk informasi bioteknologi merupakan bagian dari National Institutes of Health di Amerika Serikat. GenBank dan kolaborator menerima urutan DNA yang diproduksi di laboratorium di seluruh dunia dari lebih dari 100.000 organisme yang berbeda. Dalam lebih dari
30 tahun sejak berdirinya, GenBank telah menjadi database yang paling penting dan paling berpengaruh untuk penelitian di hampir semua bidang biologi, yang datanya diakses dan dikutip oleh jutaan peneliti di seluruh dunia. GenBank terus tumbuh pada tingkat yang eksponensial, dua kali lipat setiap 18 bulan (Da, Benson, et al, 2010)
IV.DATA PENGAMATAN
NO
|
PERLAKUAN
|
HASIL
|
1
|
NCBI dan BLAST
-Pemasukan data pada NCBI
-Masuk ke Blast
-Pada
saat muncul ke data pembanding maka
delete query dan sisakan
subjek
lalu copy subjek, di simpan dalam format txt
-Masuk dalam program clustalw
-terdapat 3 data
nama blast.aln, blast.dnd, blast.phy
|
Nama file: blast1.aln
;
blast1.dnd ; blast1.phy
|
2
|
Phylips
3.69
-Pilih program seqboot.exe
-mengikuti pertanyaan sampai ke outfile
-pilih program DNA pars
-Terdapat 2 data outfile dan infile
|
Hasilnya terbentuk
pohon filogeni dari bakteri 16 RNA
(Bentuk pohon terlampir dalam lampiran )
Dari pohon filogeni terlihat ada 3 spesies yang dekat dengan sampel data
|
3
|
Consense.exe
-Pilih program consense.exe
-Mengikuti alur kerja
|
4
|
Notepad
-Copy soal
praktikum
dan 2 spesies yang
sama
-simpan file dengan namablast.txt
-Membuka clustawl
-Ketik 1,namablast.txt, 2, 9,4,enter
-nama blast.aln,blast.dnd,blast.phy
|
Dari data terakhir maka
akan muncul multiple
sequence alignment
(Bentuk file terlampir di lampiran)
Dari data ini kita tahu letak perbedaan
sequencenya dimana
|
V. HIPOTESIS
Percobaan ini berjudul “Bioinformatika (Kostruksi Pohon Filogeni)” bertujuan untuk mengetahui fungsi dari filogeni, yaitu dapat menunjukkan hubungan evolusi antar organisme (hubungan kekerabatan), dimana sampel memiliki sifat yang mirip dengan kerabat terdekat karena sejenis. Prinsip dari percobaan ini adalah memberikan input berupa yang urutan nukleotida dan penerjemahan kode-kode genetik, yang berfungsi untuk mengetahui susunan asam-asam amino dalam sekuen. Metode yang digunakan adalah metode higuchifractal yaitu metode yang cocok untuk mempelajari fluktuasi signal dan telah diaplikasikan pada urutan nukleotida.. Kemungkinan yang akan didapat terdapat beberapa kemiripan terhadap kekerabatan masing-masing bakteri/organisme, karena dalam pohon filogeni yang telah dibuat pasti terdapat satu atau dua pecabangan yang memiliki sifat yang mirip.
VI. PEMBAHASAN
Percobaan ini berjudul “Bioinformatika (Kostruksi Pohon Filogeni)” bertujuan untuk mengetahui fungsi dari filogeni, yaitu dapat menunjukkan hubungan evolusi antar organisme (hubungan kekerabatan), dimana sampel memiliki sifat yang mirip dengan kerabat terdekat karena sejenis. Prinsip dari percobaanini adalah memberikan input berupa yang urutan nukleotida dan penerjemahan kode-kode genetik, yang berfungsi untuk mengetahui susunan asam-asam amino dalam sekuen. Metode yang digunakan adalah metode higuchifractal yang merupakan metode untuk mempelajari fluktuasi signal dan telah diaplikasikan pada urutan nukleotida (Fatchiah, 2009). Program-program yang digunakan dalam percobaan ini adalah NCBI, Blast, seqbooth.exe, dnapars dan consense.exe. Fungsi penelusuran blast pada data sekuens adalah mencari sekuens yang baik dari asam nukleat, DNA maupun protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang ada pada sampel. Hal ini berguna untuk memeriksa keabsahan hasil sekuens atau untuk memeriksa fungsi gen hasil sekuennya. Algoritma yang mendasari blast adalah penyejajaran sekuens (Kuncoro, 2011).
Penyejajaran sekuen (Sequence Alignment) adalah proses penyusunan atau pengaturan dua atau lebih sekuens, sehingga proses persamaan sekuen-sekuen tersebut tampak nyata (Krane,V.E, 2009). Sedangkan sekuen itu sendiri adalah sederatan pernyataan-pernyataan yang uruta dan pelaksanaan eksekusinya runtut, yang lebih dahulu ditemukan (dibaca) akan dikerjakan (dieksekusi) terlebih dahulu, dan apabila urutan tersebut pernyataannya dibalik, maka maknanya akan berbeda (Kuncoro, 2011).
Bioinformatika didefinisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi dalam program software dan didukung dengan kesediaan internet. (Utama, 2002). Dari program-program yang dipakai akan dihasilkan pohon filogeni. Filogeni merupakan sejarah evolusi dari kelompok spesies. Untuk menyusun filogeni, para ahli Biologis menggunakan sistematika yaitu disiplin ilmu yang terfokus pada klaifikasi organisme dan hubugan evolusinya. Data yang digunakan dalam sistematika untuk menyusun filogeni dapat berupa data fosil, molekul, maupun data gen untuk membangun hubungan evolusi antar organisme (hubungan kekerabatan). (Campbell,et all, 2009).
Hubungan antar spesies ini bisa dilihat dari jenis gen, urutan, panjang bp, jarak maksimal dan jarak individu. (Vardivalagan, 2012). Bioinformatika memiliki banyak fungsi, salah satunya adalah ketika kita mendapatkan satu sekuen DNA yang belum diketahui fungsinya, maka dengan membandingkannya dengan data yang ada dalam database, dapat diperkirakan fungsinya, sehingga dapat diketahui kualitas maupun kuantitas transkripsi suatu gen yang dapat menunjukkan gen-gen apa saja yang aktif terhadap perlakuan tertentu. (LIPI, 2009)
Program awal yang digunakan dalam percobaan ini adalah notepad, yang berfungsi untuk memindahkan data urutan DNA hasil sekuenting dengan cara mengcopy paste, kemudian data tersebut diatur dalam format fast A sebagai
berikut:
>nama urutan DNA
ATGL ............... dan seterusnya (urutan hasil sekuenting DNA)
File tersebut diberi nama, contohnya “kelompok1.txt”. Selanjutnya membuka gen bank yang dioperasikan oleh NCBI (National Center for Biotechnology Information) yang berisi informasi dari sekuen DNA yang sama dengan sekuen DNA dalam EMBL (European Molecular Biology Laboratory) dan DOB (DNA Bank of Japan). NCBI ini merupakan situs informasi database DNA, RNA dan protein. (Fachriah, 2003).
Urutan DNA tersebut pertama kali akan diproses menggunakan program online Blast untuk mengetahui seberapa banyak jenis organisme yang memiliki kemiripan urutan DNA nya, serta mengetahui jenis organisme apa yang ada pada sampel.
Pencocokan sekuens dilakukan secara online dengan urutan sebagai berikut:
1. Buka Google Chrome dan ketik situs www.ncbi.nlm.nih.govdan search
2. Pilih „BLAST‟ pada popular resources yang berada pada sebelah kanan
3. Pilih menu „nucleotide‟
4. Masukkan urutan nama DNA sampel yang sebelumnya telah disimpan dalam notepad dalam bentuk txt (nama file: blast1.txt)
5. Pilih „other, (n.R. etc) pada choose search set
6. Pilih „BLAST‟ pada program seletion
7. Muncul diagram alignment (pembanding) → 100 data
Data yang telah didapat dihapus query nya dan diambil subject nya saja, kemudian di copy lalu paste di dalam notepad dan diberi nama dengan maksimal
10 karakter (blast.txt). Data-data tersebut diberi nama yang berbeda satu sama lain agar tidak terjadi kekeliruan dalam penerjemahan kode genetik.
Banyaknya cabang yang memiliki kemiripan nama dalam pohon filogeni, menunjukkan kemiripan DNA pada suatu organism. Data tersebut diperoleh dari NCBI. Persentase dalam percobaan ini adalad sebesar 100%. Semakin besar presentase yang dihasilkan, maka semakin tinggi kemiripan urutan DNA terhadap urutan DNA organisme yang telah ada (alignment). Menurut (Vardivalagan,
2012), kemiripan suatu sampel DNA berkisar antara 100% - 97%. Sedangkan presentase dibawah 97% biasanya adalah DNA organisme baru. Dari hasil percobaan ini didapatkan presentase kemiripan DNA sampel adalah 100%.
Data yang telah didapat kemudian diubah ke bahasa pemrograman, dalam bentuk (.phy) agar dapat diproses membentuk pohon filogeni yang menunjukkan kekerabatan dar sampel dengan organisme lainnya. Tahapan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Masuk program clustalw 2
2. Ketik 1, <enter> (sequence input from dist)
3. Setelah muncul tulisan „enter the name of the sequence file‟, masukkan nama
file (blast1.txt)
4. Pilih 2, <enter> (multiple alignment)
5. Pilih 9, <enter> (output format option)
6. Pilih 4, <enter> (toogle phylip format output = off → on)
7. Pilih 1, <enter> (do complete multiple alignment now show / accurate)
8. Ketik blast.aln, blast1.phy, blast1.dnd, <enter>
9. Exit
Setelah didapat format tersebut, lalu di copy dan paste ke dalam program phylip.exe agar program tersebut dapat mendeteki file yang akan di proses. Hasil data dengan format (.phy) akan diproses melalui program offline phylps 3.69 untuk mendapatkan konstruksi pohon fiogeni dari sampel dan data yang memiliki kemiripan dengan sampel DNA yang ada. Program phylip 3,69 berfungsi sebagai data pada phylodendron. Berikut tahapan proses dalam program phylip 3,69 untuk memperoleh outtree filogeni:
1. Pilih seqboot.exe pada phylip 3,69
2. Masukkan nama file dengan format (.phy) → blast1.phy
3. Keik R, lalu <enter>
4. Ketik 1000, <enter>
5. Ketik Y, <enter>
6. Ketik 111, <enter>
7. Rename (boot_blast1), <enter>
8. Ketik Y, <enter>
9. Klik <enter> lagi untuk keluar
10. Didapat file untuk pohon filogeni dengan nama outtree, yang kemudian di rename menjadi tree_blast1
11. Pilih consence.exe untuk mendapatkan konstruksi pohon filogeni
12. Ketik F, <enter>
13. Ketik nama baru con_blast1, <enter>
14. <enter> untuk keluar
Setelah didapat outtree sebagai konstruksi, kemudian rename menjadi tree_blast.txt untuk selanjutnya dimasukkan dalamsitus online phylodendron untuk mendapatkan pohon filogeni dari data tersebut. Tahapan yang dilakukan:
1. Masuk ke situs google (www.google.com)
2. Ketik phylodendron dan search
3. Pilih pilih phylogenetik → tree printer
4. Masuk website phylodendron
5. Klik browse, masukkan file tree_blast1.txt
6. Submit
7. Didapat hasil konstruksi pohon filogeni
Dari bagan pohon filogeni, didapatkan 1 kekerabatan paling dekat dengan sampel yaitu StrepSA20 (Streptococcus Agalatiae SA20). Sehingga dapat disimpulkan bahwa sampel mempunyai kedekatan karena kelompok organism yang memiliki nenek moyang yang mirip secara langsung dan membuat taksa tersebut menjadi kerabat terdekat. Sampel yang kita dapatkan serta Strep 2-22 yang merupakan Streptococcus Agalatiae 2-22 sebagai kerabat terdekatnya membentuk suatu group yang dinamakan monophyletic group yakni kelompok yang tersusun atas takso yang memiliki nenek moyang yang sama. (Campbell et al, 2009)
VII. PENUTUP
7.1 Kesimpulan
Dari sampel data dihasilkan pohon filogeni. Pohon ini menunjukkan hubungan evolusi antar organism ( hubungan kekerabatan ), dalam hubungan kekerabatan yang paling dekat dengan sampel DNA adalah kelompok Streptococcus Agalatiae SA20.
7.2 Saran
- Sampel yang digunakan lebih baik adalah sampel DNA suatu organism baru agar dapat diketahui kemiripan serta hubungan kekerabatannya dengan organism yang sudah ada.
DAFTAR PUSTAKA
Aprijossi,D.Adan Elpaizi,M.A, 2004, Bioinformatika : Perkembangan Disiplin
Ilmu dan Perkembangannya di Indonesia
Beaulieu, M. Jeremy et al, 2012, Synthesizing phylogenetic knowledge for ecological research, Ecological Society of America, Vol. 93: S4-S13
Campbell, 2009, Sejarah Kehidupan di Bumi, dalam Mekanisme Teori Evolusi II Da, Benson, I. Karsch-Mizrachi, D. J. Lipman, J. Ostell, and E. W. Sayers. 2010,
GenBank. Nucleic acids research 38 : 46-51.
Esmaelizad, M et al, 2011, Phylogenetic analysis of Peste des Petits Virus (PPRV) isolated in Iran based on partial sequence data from the fusion (F) protein gene, Karaj, Iran, Vol. 35: 45-50
Karunasekera, Hasanthi., 2013, Molecular identification and phylogenic analysis by sequencing the rDNA of copper-tolerant soft-rot Phialophora spp., International Biodeterioration & Biodegradation, Vol. 82: 45-52
Nusantara, 2009, Internet untuk Biologi Molekuler, Waria Biotek Vol.14 No.2
Juni
Pearman, B, Petter et al, 2014, Phylogenetic patterns of climatic, habitat and trophic niches in a European avian assemblage, Global Ecology and Biogeography, Vol. 23: 414-424
Razia, M, 2011, 16-S rDNA Based Phylogeny of Non-Symbiotit Bacteria of Entomopanthogenic Nematodes from Infected Insect Cadavers, Genomic Proteomic & Bioinformatics 9(3) : 104-112
Reddy, K. Sumitha et al,2013, Phylogenetic analysis and substrate specificity of
GH2 β-mannosidases from Aspergillus species, FEBS Letters, Vol. 587:3444-3449
Roukaerts, D.M Inge et al, 2014, Phylogenetic analysis of feline immunodeficiency virus strains from naturally infected cats in Belgium and The Netherlands, Virus Research, Vol. 196: 30-36
Smithson, Chad, 2014, Incongruencies in Vaccinia Virus Phylogenetic Tress, Computation, Vol 2: 182-198
Utama,A,2003, Peran Bionformatika dalam Dunia Kedokteran, Artikel Populer Ilmu Komputer diakses melalui hhtp://www.ilmukomputer.com pada 19 november 2012
Zhai, S.L et al ,2014, Complete genome characterization and phylogenetic analysis of three distinct buffalo-origin PCV2 isolates from China, Infection, Genetics and Evolution, China.
Link : Download
Tag :
Praktikum
0 Komentar untuk "PERCOBAAN VI - Bioinformatika ( Praktikum Biokimia )"