Download - Laporan Bioteknologi Dasar
1.1Latar Belakang
Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri,
jamur, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses
produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak
hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti
biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain
sebagainya (www.id.wikipedia.org).
Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang
ilmu dalam proses produksi barang dan jasa. Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh
manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah
pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman
untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi
hewan (www.id.wikipedia.org).
Di bidang medis, penerapan bioteknologi di masa lalu dibuktikan antara lain dengan
penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin walaupun masih dalam jumlah yang terbatas akibat
proses fermentasi yang tidak sempurna. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan
bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan alat ini, produksi antibiotik maupun vaksin dapat
dilakukan secara massal (www.id.wikipedia.org).
Pada masa ini, bioteknologi berkembang sangat pesat, terutama di negara negara maju.
Kemajuan ini ditandai dengan ditemukannya berbagai macam teknologi semisal rekayasa
genetika, kultur jaringan, DNA rekombinan, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-
lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh penyembuhan penyakit-penyakit
genetik maupun kronis yang belum dapat disembuhkan, seperti kanker ataupun AIDS.
Penelitian di bidang pengembangan sel induk juga memungkinkan para penderita stroke
ataupun penyakit lain yang mengakibatkan kehilangan atau kerusakan pada jaringan tubuh
dapat sembuh seperti sediakala. Di bidang pangan, dengan menggunakan teknologi rekayasa
genetika, kultur jaringan dan DNA rekombinan, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan
produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta
juga lebih tahan terhadap hama maupun tekanan lingkungan. Penerapan bioteknologi di masa
ini juga dapat dijumpai pada pelestarian lingkungan hidup dari polusi.Sebagai contoh, pada
penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang
bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.Kemajuan di
bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi perkembangan
teknologinya.Sebagai contoh, teknologi kloning dan rekayasa genetika terhadap tanaman
pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam golongan.Bioteknologi secara umum berarti
meningkatkan kualitas suatu organisme melalui aplikasi teknologi. Aplikasi teknologi tersebut
dapat memodifikasi fungsi biologis suatu organisme dengan menambahkan gen dari organisme
lain atau merekayasa gen pada organisme tersebut(www.id.wikipedia.org).
1.2Tujuan
Setiap acara praktikum memiliki tujuan dan output masing-masing sebagai berikut:
1.2.1. Visualisasi Ekstraksi DNA
1. Mengetahui cara mengekstraksi DNA secara sederhana
2. Melihat presipitasi DNA
1.2.2. Elektroforesis
Mengetahui cara kerja serta manfaat dari elektroforesis
1.2.3. Analisis sequen DNA dengan Blast
Mengindentifikasi kekerabatan terdekatsequen DNA isolate
1.2.4. Pengolahan Data Hasil Identifikasi Sequen Menggunakan Program
BioInformatika
Mengetahui cara membuat pohon filogenik yang menunjukan tingkat kekerabatan
terdekat dengan mikroorganisme yang lain.
1.3. Manfaat Praktikum
Adapun manfaat dari praktikum ini adalah :
1. Praktikan dapat mengetahui cara mengekstraksi DNA secara sederhana dan melihat
presipitasi DNA.
2. Praktikan dapat mengidentifikasi kekerabatan terdekat pada DNA sequen isolate.
3. Praktikan dapat membuat pohon filogenik dimana pohon filogenik tersebut dapat
menunjukan kekerabatan terdekat dengan mikroorganisme lainnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Deoxyribose Nucleic Acid (DNA)
DNA, Deoxyribose Nucleic Acid adalah asam nukleotida, biasanya dalam bentuk heliks
ganda yang mengandung instruksi genetik yang menentukan perkembangan biologis dari
seluruh bentuk kehidupan sel. DNA berbentuk polimer panjang nukleotida, mengkode barisan
residu asam amino dalam protein dengan menggunakan kode genetik, sebuah kode nukleotida
triplet. DNA seringkali dirujuk sebagai molekul hereditas karena ia bertanggung jawab untuk
penurunan sifat genetika dari kebanyakan ciri yang diwariskan. Pada manusia, ciri-ciri ini
misalnya dari warna rambut hingga kerentanan terhadap penyakit. Selama pembelahan sel,
DNA direplikasi dan dapat diteruskan ke keturunan selama reproduksi
(www.id.wikipedia.org).
DNA adalah asam nukleat yang mengandung materi genetik dan berfungsi untuk mengatur
perkembangan biologis seluruh bentuk kehidupan secara seluler. DNA terdapat pada nukleus,
mitokondria dan kloroplas. Perbedaan di antara ketiganya adalah: DNA nukleus berbentuk
linear dan berasosiasi sangat erat dengan protein histon, sedangkan DNA mitokondria dan
kloroplas berbentuk sirkular dan tidak berasosiasi dengan protein histon. Selain itu, DNA
mitokondria dan kloroplas memiliki ciri khas, yaitu hanya mewariskan sifat-sifat yang berasal
dari garis ibu (Semagn, K., Bjornstad, A., Ndjiondjop, M.N, 2006).
DNA bukanlah suatu molekul tunggal, nampaknya ia adalah sepasang molekul yang
digandeng oleh ikatan hidrogen: DNA tersusun sebagai untai komplementer dengan ikatan
hidrogen di antara mereka. Masing-masing untai DNA adalah rantai kimia batu bata penyusun,
yakni nukleotida, yang terdiri dari empat tipe: Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) dan
Thymine (T). DNA mengandung informasi genetika yang diwariskan oleh keturunan dari suatu
organisme; informasi ini ditentukan oleh barisan pasangan basa. Sebuah untai DNA
mengandung gen, sebagai cetak biru organisme. DNA membuat genom organisme (Semagn,
K., Bjornstad, A., Ndjiondjop, M.N, 2006).
2.1.1 Struktur DNA
DNA adalah polimer, lebih tepatnya, suatu himpunan dua polimer yang terbelit. Tiap-tiap
monomer yang menyusun polimer ini adalah nukleotida yang terdiri dari tiga elemen: fosfat,
gula dan basa [2]. Gula dan fosfat dari seluruh nukleotida seluruhnya sama, tetapi nukleotida
dapat dibedakan dengan meninjau komponen basanya menjadi empat tipe, termasuk dua
kategori, purin: Adenine (A) dan Guanine (G) yang memiliki dua siklus organik dan pirimidin:
Cytosine (C) dan Thymine (T), yang memiliki satu siklus organik(www.id.wikipedia.org).
Satu pengamatan penting yang menuntun Watson dan Crick ke penemuan terkenal dari
struktur heliks ganda DNA adalah, basa cenderung berpasangan melalui ikatan hidrogen, dan
pasangan yang terbentuk oleh purin dan pirimidin memiliki ukuran yang hampir sama,
sehingga pasangan-pasangan demikian membentuk struktur dua rantai nukleotida berikatan
hidrogen yang sangat teratur. Untuk memahami mengapa dua rantai nukleotida terkait
membentuk heliks ganda, maka harus ditinjau interaksi antara grup penyusun nukleotida
(www.id.wikipedia.org).
Terdapat dua kelas interaksi dasar yang menstabilkan struktur heliks ganda:
ikatan hidrogen antara basa-basa komplementer;
interaksi tumpukan (stacking interaction) dari plateu pasangan basa.
Barisan pasangan basa dalam DNA mengkode informasi untuk mensintesa protein, adalah
polimer yang terdiri dari 20 asam amino berbeda. Dalam kaitan dengan gen, DNA
mengandung daerah tak terkode yang peranannya belum sepenuhnya dipahami. Selama
replikasi DNA, yang terjadi selama pembelahan sel, misalnya, molekul dikopi dengan cara
membukanya seperti ritsleting. Transkripsi DNA adalah pembacaan gen tunggal untuk
mensintesa protein (www.id.wikipedia.org).
2.1.2 Model DNA
DNA adalah entitas yang sangat dinamis dan srtukturnya tidak beku. Pernapasan
(breathing) DNA terkandung dalam pembukaan temporer pasangan-pasangan basa. Dalam
pemodelan gerak fungsional DNA, dianalogikan dengan gerak mekanis. Terdapat banyak
variasi model yang mendeskripsikan gerak DNA: kontinyu dan diskrit, spiral dan tak spiral,
gerak tiruan dari setiap atau hampir setiap atom, model homogen dan model-model yang
memasukkan keberadaan barisan basa (Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Model batang elastis dicirikan oleh tiga tipe gerak internal: gerak longitudinal, gerak rotasi
atau berpilin, dan gerak transversal. Model DNA tingkat kedua memasukkan perhitungan
bahwa molekul DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida, dapat dimodelkan dengan dua
batang elastis yang berinteraksi lemah di antara mereka serta tergulung ke dalam spiral ganda.
Analogi diskrit dari model demikian mewakili dua rantai dari cakram yang terkait oleh pegas
longitudinal dan transversal serta kekakuan pegas longitudinal yang jauh lebih kuat ketimbang
pegas transversal(Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Model DNA tingkat ketiga memperhitungkan tiap-tiap rantai terdiri dari tiga subunit: gula,
fosfat dan basa. Model DNA tingkat keempat diwakili oleh model kisi DNA dan
mendeskripsikan gerak atom yang menyusun sel kisi. Solusi tipe model DNA tingkat keempat
ini dapat diselesaikan dengan aproksimasi (harmonik) linier. Model DNA tingkat kelima
mensimulasi struktur dan gerak DNA dengan akurasi maksimum dalam model dinamika
molekuler (Riznichenko Galina, 2006).
Untuk mendeskripsikan gerak internal DNA, digunakan model aproksimasi berbeda.
Model yang paling sederhana dari DNA, katakanlah, model batang elastis dan versi diskritnya.
Untuk mendeskripsikan dinamika internal dari batang elastis, cukup dengan menuliskan tiga
pasang persamaan diferensial: satu persamaan untuk gerak longitudinal, satu persamaan untuk
gerak puntiran (torsional) dan satu persamaan untuk gerak transversal. Untuk mendeskripsikan
versi diskrit diperlukan 3N persamaan (Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Model yang lebih kompleks, dengan meninjau molekul DNA yang terdiri dari dua rantai
polinukleotida. Model pertama terdiri dari dua batang elastis yang secara lemah berinteraksi
dan melilit satu sama lain untuk menghasilkan heliks ganda. Model kedua adalah versi
diskritnya. Untuk mendeskripsikan model yang terdiri dari dua batang elastis yang berinteraksi
lemah (dengan mengabaikan helisitas struktur DNA), diperlukan enam persamaan diferensial
tergandeng: dua persamaan untuk gerak longitudinal, dua persamaan untuk gerak torsional dan
dua persamaan untuk gerak transversal dalam kedua batang. Deskripsi model untuk versi
diskritnya terdiri dari 6N persamaan tergandeng(Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik,
2004).
Model berikutnya dengan memasukkan dalam perhitungan bahwa masing-masing rantai
polinukleotida terdiri dari tiga tipe grup atom (basa, gula dan fosfat). Dalam model-model
DNA tersebut di atas, grup berbeda ditunjukkan dengan bentuk geometri yang berbeda, dan
untuk penyederhanaan helisitas struktur DNA diabaikan. Daftar model aproksimasi dapat
diteruskan dengan model struktur dan dinamika DNA yang lebih kompleks, hingga model
yang paling akurat dicapai dengan memasukkan dalam perhitungan seluruh atom, gerak dan
interaksi (Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Englander, Kallenbach, Heeger dan Krumhansl (1980) melakukan penelitian rintisan dalam
pengujian dinamika internal DNA. Metode pertukaran hidrogen-tritium digunakan untuk
menunjukkan kemungkinan utama pembentukan keadaan terbuka (open state) dalam DNA
yang didefinisikan sebagai daerah lokal yang bergerak (dari satu hingga beberapa pasang
basa), dimana ikatan hidrogen dibuka. Pembentukan keadaan terbuka DNA dihubungkan
dengan deviasi sudut basa dari keadaan kesetimbangan. Proses ini dideskripsikan dengan
menggunakan formalisme Hamiltonian (Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Di dalam pemodelan gerak internal DNA, tidak terbatas pada pemodelan deviasi kecil dari
keadaan kesetimbangan (harmonik atau aproksimasi linier), tetapi juga meninjau gerak internal
dengan amplitudo besar (aproksimasi nonlinier atau nonharmonik). Solusi persamaan nonlinier
dari gerak internal DNA dengan amplitudo besar (persamaan sine-Gordon), merupakan
deskripsi yang menunjukkan keadaan terbuka DNA (Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik,
2004).
Modifikasi model Englander (Yakushevich, 1998) mendeskripsikan gerak rotasi amplitudo
besar dari basa mengelilingi rantai gula-fosfat. Gerak ini memumpun ke putusnya ikatan
hidrogen dan pembentukan keadaan terbuka DNA. Analogi antara molekul DNA dan rantai
bandul digunakan untuk mendeskripsikan sifat-sifat gerak internal DNA. Basa terkait dengan
gula memegang peranan bandul berotasi dalam DNA, rantai gula-fosfat memainkan peranan
rantai horisontal, dan medan gravitasi eksternal diperankan oleh medan yang diinduksi oleh
benang kedua DNA yang secara lemah berinteraksi dengan benang pertama DNA melalui
ikatan hidrogen di antara basa(Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik, 2004).
Dalam skema penguraian DNA, dua rantai gula-fosfat digambarkan oleh dua garis panjang,
sementara basa ditandai dengan banyak garis pendek. Kusutan (kink) berhubungan dengan
daerah lokal dengan pasangan basa yang terbuka. Solusi tipe kink mendeskripsikan deformasi
lokal (pembukaan pasangan-pasangan basa) bergerak sepanjang molekul DNA(Miftachul Hadi
and Hans J. Wospakrik, 2004).
2.1.3 DNA sebagai Sistem Dinamika Nonlinier
Dalam tahun-tahun belakangan, banyak penelitian berkaitan dengan gerak internal
amplitudo besar DNA sampai pada kesimpulan: molekul dapat ditinjau sebagai sistem
dinamika nonlinier dimana muncul gelombang soliton. Apakah gelombang soliton ini sungguh
ada dalam DNA Atau hal ini hanya contoh dari invasi tak benar dari pendekatan fisika ke
dalam biologi (Michel Peyrard, 2004).
Pertanyaan tersebut, pada awalnya, dibahas sekitar tahun 1980-an dalam paper Englander
dkk, yang berjudul Asal Mula Keadaan Terbuka dalam Heliks Ganda Polinukleotida:
Kemungkinan Eksitasi Soliton. Dalam paper tersebut model Hamiltonian nonlinier pertama
DNA ditunjukkan dan hasil ini memberi dorongan yang berdaya guna untuk penelitian
dinamika nonlinier DNA berikutnya (Michel Peyrard, 2004).
Banyak kontribusi yang telah disumbangkan dalam perkembangan studi dinamika
nonlinier DNA dengan menyempurnakan model Hamiltonian, mengajukan model baru,
penyelidikan persamaan diferensial nonlinier terkait dan solusi soliton, tinjauan statistik soliton
DNA(Michel Peyrard, 2004).
Banyak kajian dilakukan dengan menggunakan pendekatan nonlinier untuk menjelaskan
mekanisme dinamis fungsi DNA. Dan mungkin hanya pekerjaan yang dipublikasikan oleh
Selvin dkk (1992), dimana ketegaran puntiran dari gulungan positip dan negatip DNA terukur,
memberi bukti yang nampaknya dapat diandalkan: molekul DNA menunjukkan sifat-sifat
nonlinier (Michel Peyrard, 2004).
2.2 Visualisasi Ekstraksi DNA
DNA memiliki struktur pilinan utas ganda yang antiparalel dengan komponen-
komponennya, yaitu gula pentosa (deoksiribosa), gugus fosfat, dan pasangan basa. Pasangan basa
pada DNA terdiri atas dua macam, yaitu basa purin dan pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin
(A) dan guanin (G) yang memiliki struktur cincin-ganda, sedangkan basa pirimidin terdiri atas
sitosin (C) dan timin (T) yang memiliki struktur cincin-tunggal. Ketika Guanin berikatan dengan
Sitosin, maka akan terbentuk tiga ikatan hidrogen, sedangkan ketika Adenin berikatan dengan
Timin maka hanya akan terbentuk dua ikatan hidrogen. Satu komponen pembangun (building
block) DNA terdiri atas satu gula pentosa, satu gugus fosfat dan satu pasang basa yang disebut
nukleotida (Michel Peyrard, 2004).
Metode yang digunakan untuk mengisolasi DNA dari berbagai jenis tanaman, organ
tanaman, maupun jaringannya dapat dilakukan dengan berbagai cara. Namun pada intinya terdapat
tiga faktor utama yang sangat penting untuk dalam melakukan purifikasi dan ekstraksi DNA
secara maksimal. Pertama adalah cara dalam menghomogenkan jaringan tanaman khususnya
adalah dinding selnya. Kedua adalah komposisi dari larutan buffer yang ditambahkan dalam
penggerusan jaringan tanaman dan yang ketiga adalah penghilangan enzim penghambat-
polisakarida (Michel Peyrard, 2004).
Ekstraksi merupakan suatu proses pemisahan suatu bahan dari campurannya dengan
menggunakan pelarut yang berbeda yang tidak saling campur. Cara yang paling sederhana adalah
dengan ekstraksi bertahap, yaitu cukup dengan hanya menambahkan pelarut pengekstraksi yang
tidak saling campur dengan pelarut semula. Kemudian dikocok sehingga terjadi keseimbangan
konsentrasi zat yang akan diekstraksi dan dicapai suatu lapisan kemudian didiamkan dan
dipisahkan (Michel Peyrard, 2004).
DNA juga dapat diisolasi, baik pada manusia maupun pada tumbuhan DNA manusia dapat
diisolasi melalui darah. Darah manusia terdiri atas plasma darah, globulus lemak, substansi kimia
(karbohidrat, protein dan hormon), dan gas (oksigen, nitrogen dan karbon dioksida). Plasma darah
terdiri atas eritrosit (sel darah merah), leukosit (sel darah putih) dan trombosit (platelet).
Komponen darah yang diisolasi yaitu sel darah putih. Sel darah putih dijadikan pilihan karena
memiliki nukleus, di mana terdapat DNA di dalamnya. DNA pada tumbuhan juga dapat diisolasi,
contohnya pada tumbuhan bawang merah (Allium cepa) dan pada pisang (Michel Peyrard, 2004).
2.3. Elektroforesis
Elektroforesis adalah teknik pemisahan komponen atau molekul bermuatan berdasarkan
perbedaan tingkat migrasinya dalam sebuah medan listrik . Medan listrik dialirkan pada suatu
medium yang mengandung sampel yang akan dipisahkan. Teknik ini dapat digunakan dengan
memanfaatkan muatan listrik yang ada pada makromolekul, misalnya DNA yang bermuatan
negatif. Jika molekul yang bermuatan negatif dilewatkan melalui suatu medium, kemudian
dialiri arus listrik dari suatu kutub ke kutub yang berlawanan muatannya maka molekul
tersebut akan bergerak dari kutub negatif ke kutub positif( Westermeier, 2004).
Kecepatan gerak molekul tersebut tergantung pada nisbah muatan terhadap massanya serta
tergantung pula pada bentuk molekulnya. Pergerakan ini dapat dijelaskan dengan gaya
Lorentz, yang terkait dengan sifat-sifat dasar elektris bahan yang diamati dan kondisi elektris
lingkungan:
F adalah gaya Lorentz, q adalah muatan yang dibawa oleh objek, E adalah medan listrik.
Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan, mengidentifikasi, dan memurnikan
fragmen DNA.
2.3.1 Perangkat elektroforesis gel
Elektroforesis kertas adalah jenis elektroforesis yang terdiri dari kertas sebagai fase diam
dan partikel bermuatan yang terlarut sebagai fase gerak, terutama ialah ion-ion
kompleks.Pemisahan ini terjadi akibat adanya gradasi konsentrasi sepanjang sistem pemisahan.
Pergerakan partikel dalam kertas tergantung pada muatan atau valensi zat terlarut, luas
penampang, tegangan yang digunakan, konsentrasi elektrolit, kekuatan ion, pH, viskositas, dan
adsorpsivitas zat terlarut(Fatchiyah, 2006).
Elektroforesis gel ialah elektroforesis yang menggunakan gel sebagai fase diam untuk
memisahkan molekul-molekul. Awalnya elektoforesis gel dilakukan dengan medium gel kanji
(sebagai fase diam) untuk memisahkan biomolekul yang lebih besar seperti protein-protein.
Kemudian elektroforesis gel berkembang dengan menjadikan agarosa dan poliakrilamida
sebagai gel media(Fatchiyah, 2006).
Elektroforesis DNA merupakan teknik analisis digunakan untuk memisahkan DNA
fragmen dengan ukuran. Molekul DNA yang harus dianalisis ditetapkan pada media kental, itu
gel , di mana medan listrik memaksa DNA untuk bermigrasi ke arah potensi positif, anoda ,
karena muatan negatif bersih dari fosfat tulang punggung dari rantai DNA. Pemisahan fragmen
ini dicapai dengan memanfaatkan mobilitas dengan ukuran molekul yang berbeda dapat
melintasi gel.molekul yang lebih lama bermigrasi lebih lambat karena mereka mengalami tarik
lebih dalam gel. Karena ukuran molekul mempengaruhi mobilitasnya, fragmen kecil akhirnya
lebih dekat ke anoda dari yang lama dalam suatu periode tertentu. Setelah beberapa waktu,
tegangan akan dihapus dan gradien fragmentasi dianalisis. Untuk perpisahan yang lebih besar
antara fragmen berukuran sama, baik waktu tegangan atau menjalankan dapat ditingkatkan.
Extended berjalan di gel tegangan rendah menghasilkan resolusi yang paling akurat
(Sambrook, 2003).
DNA dianalisis dengan elektroforesis gel dapat disiapkan dengan beberapa cara sebelum
pemisahan dengan elektroforesis. Dalam kasus molekul DNA besar, DNA seringkali dipotong
menjadi fragmen yang lebih kecil menggunakan endonuklease pembatasan DNA. Dalam kasus
lain, seperti PCR amplifikasi sampel, enzim hadir dalam sampel yang mungkin mempengaruhi
pemisahan molekul dikeluarkan melalui berbagai sarana sebelum analisis. Setelah DNA benar
dipersiapkan, sampel larutan DNA ditempatkan dalam sumur gel dan tegangan diterapkan di
gel untuk jumlah waktu tertentu. Fragmen DNA dengan panjang yang berbeda divisualisasikan
menggunakan pewarna fluorescent spesifik untuk DNA, seperti bromida etidium .gel
menunjukkan band yang berbeda sesuai dengan populasi molekul DNA dengan berat molekul
yang berbeda.Ukuran fragmen biasanya dilaporkan dalam "nukleotida", pasangan basa "" atau
"kb" (untuk ribuan pasangan basa), tergantung pada apakah tunggal atau DNA untai ganda
telah terpisah.Penentuan ukuran fragmen biasanya dilakukan oleh perbandingan untuk
komersial tersedia tangga DNA yang mengandung fragmen DNA linear panjang dikenal
(Sambrook, 2003).
Jenis gel paling sering digunakan untuk elektroforesis DNA agarosa (untuk molekul DNA
panjang relatif) dan poliakrilamida (untuk resolusi tinggi dari molekul DNA pendek, misalnya
dalam DNA sequencing ). Gel telah konvensional dijalankan dalam slab "format" seperti yang
ditunjukkan pada gambar, tapi elektroforesis kapiler telah menjadi penting bagi aplikasi seperti
throughput DNA sequencing-tinggi. Elektroforesis teknik yang digunakan dalam penilaian
kerusakan DNA termasuk elektroforesis gel alkali dan gel elektroforesis lapangan berdenyut .
Pengukuran dan analisis sebagian besar dilakukan dengan khusus perangkat lunak analisis gel.
Hasil elektroforesis kapiler biasanya ditampilkan dalam tampilan jejak disebut
elektroforegram.DNA cetakan digital dari elektroforesis gel agarosa kucing-memasukkan DNA
plasmid (Sambrook, 2003).
Tujuannya adalah untuk melihat DNA, memperbanyak atau mengisolasi DNA “band
tertentu”.Elektroforesis agak serupa dengan chromatography tetapi dengan menggunakan
listrik. Senyawa dengan muatan elektronnya akan berpindah tempat dalam satu bidang elektrik
sebanding dengan laju kerapatan muatan mereka. Elektroforesis secara luas untuk memisahkan
protein dan DNA (Sambrook, 2003).
2.4PCR
Alat pengatur suhu reaksi yang biasanya digunakan pada teknik reaksi berantai
polymerase. Reaksi berantai polimerase atau lebih umum dikenal sebagai PCR (kependekan
dari istilah bahasa Inggris polymerase chain reaction) merupakan suatu teknik atau metode
perbanyakan (replikasi) DNA secara enzimatik tanpa menggunakan organisme (Schmid,
2003).
Dengan teknik ini, DNA dapat dihasilkan dalam jumlah besar dengan waktu relatif singkat
sehingga memudahkan berbagai teknik lain yang menggunakan DNA. Teknik ini dirintis oleh
Kary Mullis pada tahun 1983 dan ia memperoleh hadiah Nobel pada tahun 1994 berkat
temuannya tersebut. Penerapan PCR banyak dilakukan di bidang biokimia dan biologi
molekular karena relatif murah dan hanya memerlukan jumlah sampel yang kecil (Schmid,
2003).
2.4.1 Prinsip kerja
Secara prinsip, PCR merupakan proses yang diulang-ulang antara 20–30 kali siklus. Setiap
siklus terdiri atas tiga tahap. Berikut adalah tiga tahap bekerjanya PCR dalam satu siklus:
1. Tahap peleburan (melting) atau denaturasi. Pada tahap ini (berlangsung pada suhu tinggi,
94–96 °C) ikatan hidrogen DNA terputus (denaturasi) dan DNA menjadi berberkas tunggal.
Biasanya pada tahap awal PCR tahap ini dilakukan agak lama (sampai 5 menit) untuk
memastikan semua berkas DNA terpisah. Pemisahan ini menyebabkan DNA tidak stabil dan
siap menjadi templat ("patokan") bagi primer. Durasi tahap ini 1–2 menit.
2. Tahap penempelan atau annealing. Primer menempel pada bagian DNA templat yang
komplementer urutan basanya. Ini dilakukan pada suhu antara 45–60 °C. Penempelan ini
bersifat spesifik. Suhu yang tidak tepat menyebabkan tidak terjadinya penempelan atau
primer menempel di sembarang tempat. Durasi tahap ini 1–2 menit.
3. Tahap pemanjangan atau elongasi. Suhu untuk proses ini tergantung dari jenis DNA-
polimerase (P pada gambar) yang dipakai. Dengan Taq-polimerase, proses ini biasanya
dilakukan pada suhu 76 °C. Durasi tahap ini biasanya 1 menit (Schmid, 2003).
Lepas tahap 3, siklus diulang kembali mulai tahap 1. Akibat denaturasi dan renaturasi,
beberapa berkas baru (berwarna hijau) menjadi templat bagi primer lain. Akhirnya terdapat
berkas DNA yang panjangnya dibatasi oleh primer yang dipakai. Jumlah DNA yang dihasilkan
berlimpah karena penambahan terjadi secara eksponensial (Schmid, 2003).
Gambar 2.4.1 Reaksi PCR
2.5. Bioinformatika
2.5.1 Definisi dan Sejarah Bioinformatika
Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics) adalah (ilmu yang mempelajari) penerapan
teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis. Bioinformatika
adalah ilmu yang mempelajari penerapan tekhnik komputasional untuk mengelola dan
menganalisis informasi biologi. Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika,
statiska, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan
menggunakan sekuens DNA dan asam amino (www.id.wikipedia.org)
Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika, dan informatika
untuk memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA
dan asam amino serta informasi yang berkaitan dengannya. Contoh topik utama bidang ini
meliputi basis data untuk mengelola informasi biologis, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan bentuk struktur protein maupun struktur
sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-
Smith. 1999. ).
Istilah bioinformatics mulai dikemukakan pada pertengahan era 1980-an untuk mengacu
pada penerapan komputer dalam biologi. Namun demikian, penerapan bidang-bidang dalam
bioinformatika (seperti pembuatan basis data dan pengembangan algoritma untuk analisis
sekuens biologis) sudah dilakukan sejak tahun 1960-an (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith.
1999. ).
Kemajuan teknik biologi molekular dalam mengungkap sekuens biologis dari protein
(sejak awal 1950-an) dan asam nukleat (sejak 1960-an) mengawali perkembangan basis data
dan teknik analisis sekuens biologis. Basis data sekuens protein mulai dikembangkan pada
tahun 1960-an di Amerika Serikat, sementara basis data sekuens DNA dikembangkan pada
akhir 1970-an di Amerika Serikat dan Jerman (pada European Molecular Biology Laboratory,
Laboratorium Biologi Molekular Eropa). Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat
pada pertengahan 1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang
berhasil diungkapkan pada 1980-an dan 1990-an, menjadi salah satu pembuka jalan bagi
proyek-proyek pengungkapan genom, meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis
sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika (Attwood, T.K., dan D.J.
Parry-Smith. 1999. ).
Perkembangan Internet juga mendukung berkembangnya bioinformatika. Basis data
bioinformatika yang terhubung melalui Internet memudahkan ilmuwan mengumpulkan hasil
sekuensing ke dalam basis data tersebut maupun memperoleh sekuens biologis sebagai bahan
analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui Internet
memudahkan ilmuwan mengakses program-program tersebut dan kemudian memudahkan
pengembangannya (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
Gambar. 2.5.1 Skema Bioinformatika
2.5.2 Penerapan Utama Bioinformatika
1. Basis data sekuens biologis
Sesuai dengan jenis informasi biologis yang disimpannya, basis data sekuens biologis
dapat berupa basis data primer untuk menyimpan sekuens primer asam
nukleat maupun protein, basis data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan
basis data struktur untuk menyimpan data struktur protein maupun asam nukleat (Krane, D.E.,
dan M.L. Raymer. 2003)
Basis data utama untuk sekuens asam nukleat saat ini adalah Gen Bank (Amerika Serikat),
EMBL (Eropa) dan DDBJ (DNA Data Bank of Japan, Jepang). Ketiga basis data tersebut
bekerja sama dan bertukar data secara harian untuk menjaga keluasan cakupan masing-masing
basis data. Sumber utama data sekuens asam nukleat adalah submisi langsung dari periset
individual, proyek sekuensing genom, dan pendaftaran paten. Selain berisi sekuens asam
nukleat, entri dalam basis data sekuens asam nukleat umumnya mengandung informasi tentang
jenis asam nukleat (DNA atau RNA), nama organisme sumber asam nukleat tersebut, dan
pustaka yang berkaitan dengan sekuens asam nukleat tersebut(Krane, D.E., dan M.L. Raymer.
2003)
Sementara itu, contoh beberapa basis data penting yang menyimpan sekuens primer protein
adalah PIR (Protein Information Resource, Amerika Serikat), Swiss-Prot (Eropa),
dan TrEMBL(Eropa). Ketiga basis data tersebut telah digabungkan dalam UniProt (yang
didanai terutama oleh Amerika Serikat). Entri dalam UniProt mengandung informasi tentang
sekuens protein, nama organisme sumber protein, pustaka yang berkaitan, dan komentar yang
umumnya berisi penjelasan mengenai fungsi protein tersebut (Krane, D.E., dan M.L. Raymer.
2003)
2.5.3 Penyejajaran sekuens
Penyejajaran sekuens (sequence alignment) adalah proses penyusunan/pengaturan dua atau
lebih sekuens sehingga persamaan sekuens-sekuens tersebut tampak nyata. Hasil dari proses
tersebut juga disebut sebagai sequence alignment atau alignment saja. Baris sekuens dalam
suatu alignment diberi sisipan (umumnya dengan tanda "–") sedemikian rupa sehingga kolom-
kolomnya memuat karakter yang identik atau sama di antara sekuens-sekuens tersebut. Berikut
adalah contoh alignment DNA dari dua sekuens pendek DNA yang berbeda, "ccatcaac" dan
"caatgggcaac" (tanda "|" menunjukkan kecocokan atau match di antara kedua sekuens) (Krane,
D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
Sequence alignment merupakan metode dasar dalam analisis sekuens. Metode ini
digunakan untuk mempelajari evolusi sekuens-sekuens dari leluhur yang sama (common
ancestor). Ketidakcocokan (mismatch) dalam alignment diasosiasikan dengan proses mutasi,
sedangkan kesenjangan (gap, tanda "–") diasosiasikan dengan proses insersi atau
delesi. Sequence alignment memberikanhipotesis atas proses evolusi yang terjadi dalam
sekuens-sekuens tersebut. Misalnya, kedua sekuens dalam contoh alignment di atas bisa jadi
berevolusi dari sekuens yang sama "ccatgggcaac". Dalam kaitannya dengan hal
ini, alignment juga dapat menunjukkan posisi-posisi yang dipertahankan (conserved) selama
evolusi dalam sekuens-sekuens protein, yang menunjukkan bahwa posisi-posisi tersebut bisa
jadi penting bagi struktur atau fungsi protein tersebut (Krane, D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
Selain itu, sequence alignment juga digunakan untuk mencari sekuens yang mirip atau
sama dalam basis data sekuens. BLAST adalah salah satu metode alignment yang sering
digunakan dalam penelusuran basis data sekuens. BLAST menggunakan algoritma heuristik
dalam penyusunan alignme (Mount, D.W. 2001)
Beberapa metode alignment lain yang merupakan pendahulu BLAST adalah metode
"Needleman-Wunsch" dan "Smith-Waterman". Metode Needleman-Wunsch digunakan untuk
menyusun alignmentglobal di antara dua atau lebih sekuens, yaitu alignment atas keseluruhan
panjang sekuens tersebut. Metode Smith-Waterman menghasilkan alignment lokal, yaitu
alignment atas bagian-bagian dalam sekuens. Kedua metode tersebut
menerapkan pemrograman dinamik (dynamic programming) dan hanya efektif
untuk alignment dua sekuens (pairwise alignment) (Mount, D.W. 2001)
Clustal adalah program bioinformatika untuk alignment multipel (multiple alignment),
yaitu alignment beberapa sekuens sekaligus. Dua varian utama Clustal
adalah ClustalW dan ClustalX. (Mount, D.W. 2001)
Metode lain yang dapat diterapkan untuk alignment sekuens adalah metode yang
berhubungan dengan Hidden Markov Model ("Model Markov Tersembunyi", HMM). HMM
merupakan model statistika yang mulanya digunakan dalam ilmu komputer untuk mengenali
pembicaraan manusia (speech recognition). Selain digunakan untuk alignment, HMM juga
digunakan dalam metode-metode analisis sekuens lainnya, seperti prediksi daerah pengkode
protein dalam genom dan prediksi struktur sekunder protein (Mount, D.W. 2001)
2.5.4. Prediksi struktur protein
1. Model protein hemaglutinin dari virus influensa
Secara kimia/fisika bentuk struktur protein diungkap dengan kristalografi sinar-
X ataupun spektroskopi NMR, namun kedua metode tersebut sangat memakan waktu dan
relatif mahal. Sementara itu, metode sekuensing protein relatif lebih mudah
mengungkapkan sekuens asam amino protein. Prediksi struktur protein berusaha meramalkan
struktur tiga dimensi protein berdasarkan sekuens asam aminonya (dengan kata lain,
meramalkan struktur tersier dan struktur sekunder berdasarkan struktur primer protein). Secara
umum, metode prediksi struktur protein yang ada saat ini dapat dikategorikan ke dalam dua
kelompok, yaitu metode pemodelan protein komparatif dan metode pemodelan de novo
(Mount, D.W. 2001)
2. Pemodelan protein komparatif (comparative protein modelling)
Permodelan ini meramalkan struktur suatu protein berdasarkan struktur protein lain yang
sudah diketahui. Salah satu penerapan metode ini adalah pemodelan homologi (homology
modelling), yaitu prediksi struktur tersier protein berdasarkan kesamaan struktur primer
protein. Pemodelan homologi didasarkan pada teori bahwa dua protein
yang homolog memiliki struktur yang sangat mirip satu sama lain. Pada metode ini, struktur
suatu protein (disebut protein target) ditentukan berdasarkan struktur protein lain (protein
templat) yang sudah diketahui dan memiliki kemiripan sekuens dengan protein target tersebut.
Selain itu, penerapan lain pemodelan komparatif adalah protein threading yang didasarkan
pada kemiripan struktur tanpa kemiripan sekuens primer. Latar belakang protein
threading adalah bahwa struktur protein lebih dikonservasi daripada sekuens protein selama
evolusi; daerah-daerah yang penting bagi fungsi protein dipertahankan strukturnya. Pada
pendekatan ini, struktur yang paling kompatibel untuk suatu sekuens asam amino dipilih dari
semua jenis struktur tiga dimensi protein yang ada. Metode-metode yang tergolong
dalam protein threading berusaha menentukan tingkat kompatibilitas tersebut (Mount, D.W.
2001)
Dalam pendekatan de novo atau ab initio, struktur protein ditentukan dari sekuens
primernya tanpa membandingkan dengan struktur protein lain. Terdapat banyak kemungkinan
dalam pendekatan ini, misalnya dengan menirukan proses pelipatan (folding) protein dari
sekuens primernya menjadi struktur tersiernya (misalnya dengan simulasi dinamika
molekular), atau dengan optimisasi global fungsi energi protein. Prosedur-prosedur ini
cenderung membutuhkan proses komputasi yang intens, sehingga saat ini hanya digunakan
dalam menentukan struktur protein-protein kecil. Beberapa usaha telah dilakukan untuk
mengatasi kekurangan sumber daya komputasi tersebut, misalnya
dengan superkomputer (misalnya superkomputer Blue Gene dari IBM) ataukomputasi
terdistribusi (distributed computing, misalnya proyek Folding@home) maupun komputasi grid
(Mount, D.W. 2001)
2.5.5Analisis ekspresi gen
Ekspresi gen dapat ditentukan dengan mengukur kadar mRNA dengan berbagai macam
teknik (misalnya dengan microarray ataupun Serial Analysis of Gene Expression ["Analisis
Serial Ekspresi Gen", SAGE]). Teknik-teknik tersebut umumnya diterapkan pada analisis
ekspresi gen skala besar yang mengukur ekspresi banyak gen (bahkan genom) dan
menghasilkan data skala besar. Metode-metode penggalian data (data mining) diterapkan pada
data tersebut untuk memperoleh pola-pola informatif. Sebagai contoh, metode-metode
komparasi digunakan untuk membandingkan ekspresi di antara gen-gen, sementara metode-
metode klastering (clustering) digunakan untuk mempartisi data tersebut berdasarkan
kesamaan ekspresi gen (Mount, D.W. 2001)
2.5.6 Cabang-cabang Bioninformatika
Dari pengertian Bioinformatika yang telah dijelaskan, kita dapat menemukan banyak
terdapat banyak cabang-cabang disiplin ilmu yang terkait dengan Bioinformatika, terutama
karena bioinformatika itu sendiri merupakan suatu bidang interdisipliner. Hal tersebut
menimbulkan banyak pilihan bagi orang yang ingin mendalami Bioinformatika.
1. Biophysics
Adalah sebuah bidang interdisipliner yang mengalikasikan teknik-teknik dari ilmu Fisika
untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical Society). Disiplin ilmu ini
terkait dengan Bioinformatika karena penggunaan teknik-teknik dari ilmu Fisika untuk
memahami struktur membutuhkan penggunaan TI.
2. Computational Biology
Computational biology merupakan bagian dari Bioinformatika (dalam arti yang paling
luas) yang paling dekat dengan bidang Biologi umum klasik. Fokus dari computational
biology adalah gerak evolusi, populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul
dan sel(Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
3. Medical Informatics
Menurut Aamir Zakaria [ZAKARIA2004] Pengertian dari medical informatics adalah
“sebuah disiplin ilmu yang baru yang didefinisikan sebagai pembelajaran, penemuan, dan
implementasi dari struktur dan algoritma untuk meningkatkan komunikasi, pengertian dan
manajemen informasi medis.” Medical informatics lebih memperhatikan struktur dan
algoritma untuk pengolahan data medis, dibandingkan dengan data itu sendiri. Disiplin ilmu
ini, untuk alasan praktis, kemungkinan besar berkaitan dengan data-data yang didapatkan pada
level biologi yang lebih “rumit” (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
4. Cheminformatics
Cheminformatics adalah kombinasi dari sintesis kimia, penyaringan biologis, dan
pendekatan data-mining yang digunakan untuk penemuan dan pengembangan obat (Cambridge
Healthech Institute’s Sixth Annual Cheminformatics conference). Kemungkinan penggunaan
TI untuk merencanakan secara cerdas dan dengan mengotomatiskan proses-proses yang terkait
dengan sintesis kimiawi dari komponenkomponen pengobatan merupakan suatu prospek yang
sangat menarik bagi ahli kimia dan ahli biokimia(Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
5. Genomics
Genomics adalah bidang ilmu yang ada sebelum selesainya sekuen genom, kecuali dalam
bentuk yang paling kasar. Genomics adalah setiap usaha untukmenganalisa atau
membandingkan seluruh komplemen genetik dari satu spesies atau lebih. Secara logis tentu
saja mungkin untuk membandingkan genom-genom dengan membandingkan kurang lebih
suatu himpunan bagian dari gen di dalam genom yang representatif (Attwood, T.K., dan D.J.
Parry-Smith. 1999)
6. Mathematical Biology
Mathematical biology juga menangani masalah-masalah biologi, namun metode yang
digunakan untuk menangani masalah tersebut tidak perlu secara numerik dan tidak perlu
diimplementasikan dalam software maupun hardware (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith.
1999)
Menurut Alex Kasman [KASMAN2004] Secara umum mathematical biology melingkupi
semua ketertarikan teoritis yang tidak perlu merupakan sesuatu yang beralgoritma, dan tidak
perlu dalam bentuk molekul, dan tidak perlu berguna dalam menganalisis data yang terkumpul
(Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999)
7. Proteomics
Istilah proteomics pertama kali digunakan untuk menggambarkan himpunan dari protein-
protein yang tersusun (encoded) oleh genom. Michael J. Dunn [DUNN2004], mendefiniskan
kata “proteome” sebagai: “The PROTEin complement of the genOME“. Dan
mendefinisikan proteomics berkaitan dengan: “studi kuantitatif dan kualitatif dari ekspresi gen
di level dari protein-protein fungsional itu sendiri”. Yaitu: “sebuah antarmuka antara biokimia
protein dengan biologi molekul” (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999.).
8. Pharmacogenomics
Pharmacogenomics adalah aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada
identifikasi dari target-target obat. Contohnya meliputi menjaring semua genom untuk
penerima yang potensial dengan menggunakan cara Bioinformatika, atau dengan menyelidiki
bentuk pola dari ekspresi gen di dalam baik patogen maupun induk selama terjadinya infeksi,
atau maupun dengan memeriksa karakteristik pola-pola ekspresi yang ditemukan dalam tumor
atau contoh dari pasien untuk kepentingan diagnosa (kemungkinan untuk mengejar target
potensial terapi kanker) (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999.)
Istilah pharmacogenomics digunakan lebih untuk urusan yang lebih “trivial” — tetapi
dapat diargumentasikan lebih berguna– dari aplikasi pendekatan Bioinformatika pada
pengkatalogan dan pemrosesan informasi yang berkaitan dengan ilmu Farmasi dan Genetika,
untuk contohnya adalah pengumpulan informasi pasien dalam database (Attwood, T.K., dan
D.J. Parry-Smith. 1999.)
9. Pharmacogenetics
Pharmacogenetics adalah bagian dari pharmacogenomics yang menggunakan metode
genomik/Bioinformatika untuk mengidentifikasi hubungan-hubungan genomik, contohnya
SNP (Single Nucleotide Polymorphisms), karakteristik dari profil respons pasien tertentu dan
menggunakan informasi-informasi tersebut untuk memberitahu administrasi dan
pengembangan terapi pengobatan (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999.)
Gambaran dari sebagian bidang-bidang yang terkait dengan Bioinformatika di atas
memperlihatkan bahwa Bioinformatika mempunyai ruang lingkup yang sangat luas dan
mempunyai peran yang sangat besar dalam bidangnya. Bahkan pada bidang pelayanan
kesehatan Bioinformatika menimbulkan disiplin ilmu baru yang menyebabkan peningkatan
pelayanan kesehatan (Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999.)
2.5.7 Bioinformatika Di Indonesia
Saat ini mata ajaran bioinformatika maupun mata ajaran dengan muatan bioinformatika
sudah diajarkan dibeberapa perguruan tinggi di Indonesia. Sekolah Ilmu dan Teknologi
Hayati ITB menawarkan mata kuliah "Pengantar Bioinformatika" untuk program Sarjana dan
mata kuliah Bioinformatikan untuk program Pascasarjana (www.id.wikipedia.org)
Fakultas Teknobiologi Universitas Atma Jaya, Jakarta menawarkan mata kuliah
"Pengantar Bioinformatika". Mata kuliah "Bioinformatika" diajarkan pada Program
Pascasarjana Kimia Fakultas MIPA Universitas Indonesia (UI), Jakarta. Mata kuliah
"Proteomik dan Bioinformatika" termasuk dalam kurikulum program S3
bioteknologi Universitas Gadjah Mada (UGM), Yogyakarta. Materi bioinformatika termasuk
di dalam silabus beberapa mata kuliah untuk program sarjana maupun pascasarjana biokimia,
biologi, dan bioteknologi pada Institut Pertanian Bogor (IPB). Selain itu, riset-riset yang
mengarah pada bioinformatika juga telah dilaksanakan oleh mahasiswa program S1 Ilmu
Komputer maupun program pascasarjana biologi serta bioteknologi IPB
(www.id.wikipedia.org)
Riset bioinformatika protein dilaksanakan sebagai bagian dari aktivitas riset rekayasa
protein pada Laboratorium Rekayasa Protein, Pusat Penelitian
Bioteknologi LembagaIlmuPengetahuanIndonesia (LIPI), Cibinong, Bogor. Lembaga
Biologi Molekul Eijkman, Jakarta, juga secara khusus memiliki laboratorium bioinformatika
sebagai fasilitas penunjang kegiatan risetnya. Selain itu, basis data sekuens
DNA mikroorganisme asli Indonesia sedang dikembangkan di UI (www.id.wikipedia.org)
2.6 BLAST
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) merupakan perkakas bioinformatika yang
berkaitan erat dengan penggunaan basis data sekuens biologis. Penelusuran BLAST (BLAST
search) pada basis data sekuens memungkinkan ilmuwan untuk mencari sekuens asam nukleat
maupun protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimilikinya. Hal ini berguna
misalnya untuk menemukangen sejenis pada beberapa organisme atau untuk memeriksa
keabsahan hasil sekuensing maupun untuk memeriksa fungsi gen hasil
sekuensing. Algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens(Krane,
D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
PDB (Protein Data Bank, Bank Data Protein) adalah basis data tunggal yang menyimpan
model struktural tiga dimensi protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental
(dengan kristalografi sinar-X, spektroskopi NMR dan mikroskopi elektron). PDB menyimpan
data struktur sebagai koordinat tiga dimensi yang menggambarkan posisi atom-atom dalam
protein ataupun asam nukleat (Krane, D.E., dan M.L. Raymer. 2003)
2.7 Pohon Filogenik
Filogenetik Istilah asal Yunani dari istilah phyle / phylon yang berarti "suku, ras," dan
genetikos yang berarti "relatif terhadap kelahiran" dari genesis ("kelahiran"). Taksonomi ,
klasifikasi, identifikasi, dan penamaan organisme, telah diberitahu oleh filogenetik kaya tetapi
tetap metodologis dan logis yang berbeda. Bidang Namun tumpang tindih dalam ilmu
sistematika filogenetik - sering disebut "cladism" atau "cladistics" -, dimana hanya pohon
filogenetik digunakan untuk membatasi taksa , yang mewakili kelompok-terhubung individu
keturunan. Dalam sistematika biologis secara keseluruhan, analisis filogenetik telah menjadi
penting dalam meneliti evolusi pohon kehidupan (Artama, 1991).
2.7.1 Konstruksi pohon filogenetik
Evolusi dianggap sebagai proses percabangan, dimana populasi berubah dari waktu ke
waktu dan dapat speciate menjadi cabang-cabang terpisah, silang bersama-sama, atau
mengakhiri oleh kepunahan. Hal ini mungkin divisualisasikan dalam pohon filogenetik,
Masalah yang ditimbulkan oleh filogenetik adalah bahwa genetik data hanya tersedia untuk
saat ini, dan fosil catatan ( osteometric data) adalah sporadis dan kurang dapat diandalkan .
Pengetahuan kami tentang bagaimana evolusi beroperasi digunakan untuk merekonstruksi
pohon penuh. Dengan demikian, pohon filogenetik didasarkan pada hipotesis dari urutan
peristiwa evolusi diasumsikan telah terjadi (Artama, 1991).
Cladistics adalah metode saat ini pilihan untuk menyimpulkan pohon filogenetik. Yang
sering digunakan metode yang paling untuk menyimpulkan filogeni termasuk penghematan ,
kemungkinan maksimum , dan MCMC berbasis inferensi Bayesian . Phenetics , yang populer
pada pertengahan abad ke-20 tetapi sekarang sebagian besar usang, menggunakan matriks
jarak jauh berbasis metode-untuk membangun pohon berdasarkan kesamaan secara
keseluruhan, yang sering diasumsikan untuk mendekati hubungan filogenetik. Semua
tergantung pada metode implisit maupun eksplisit suatu model matematis yang
menggambarkan evolusi karakter yang diamati pada spesies yang termasuk, dan biasanya
digunakan untuk filogeni molekul , dimana karakter selaras nukleotida atau asam amino
sekuens (Artama, 1991).
Kelompok filogenetik, atau taksa , dapat monofiletik , paraphyletic , atau polifiletik . Ada
beberapa istilah yang menggambarkan sifat pengelompokan di atas pohon tersebut. Misalnya,
semua burung dan reptil yang diyakini memiliki keturunan dari nenek moyang yang sama, jadi
ini pengelompokan taksonomi (kuning dalam diagram di bawah) disebut monofiletik. "Modern
reptil" (Cyan dalam diagram) adalah pengelompokan yang berisi satu nenek moyang, tetapi
tidak mengandung semua keturunan bahwa leluhur (burung tidak termasuk). Ini adalah contoh
dari paraphyletic kelompok. Sebuah pengelompokan seperti berdarah panas hewan mamalia
hanya akan meliputi dan burung (merah / oranye dalam diagram) dan disebut polifiletik karena
anggota kelompok ini tidak termasuk nenek moyang terakhir yang paling umum (Artama,
1991).
2.7.2 Filogenetik molekuler
Hubungan evolusi di antara organisme yang diwakili grafis melalui pohon filogenetik.
Karena kenyataan bahwa evolusi terjadi selama jangka waktu yang lama yang tidak dapat
diamati secara langsung, ahli biologi harus merekonstruksi filogeni oleh menyimpulkan
hubungan evolusioner antara organisme saat ini (Mubarika, 1990).
Fosil dapat membantu dengan rekonstruksi filogeni, namun, catatan fosil sering terlalu
miskin untuk bisa membantu yang baik. Oleh karena itu, ahli biologi cenderung dibatasi
dengan menganalisa organisme saat ini untuk mengidentifikasi hubungan evolusioner mereka.
Hubungan filogenetik di masa lalu itu direkonstruksi dengan melihat fenotipe , sering
karakteristik anatomi. Saat ini, data molekul, yang meliputi protein dan urutan DNA,
digunakan untuk membangun pohon filogenetik (Mubarika, 1990).
2.7.3 Teori rekapitulasi Haeckel Ernst
Selama abad 19, Ernst Haeckel teori rekapitulasi atau hukum biogenetic diterima secara
luas. Teori ini sering dinyatakan sebagai " ontogeni mengulangi filogeni ", yaitu
perkembangan organisme tepat mencerminkan perkembangan evolusi dari spesies. Versi awal
sejak itu ditolak, dan hipotesis diubah sebagai mirroring pengembangan embrio embrio dari
leluhur evolusionernya. Dia dituduh oleh lima profesor memalsukan gambar yang embrio.
Kebanyakan ahli biologi modern mengakui berbagai hubungan antara ontogeni dan filogeni,
menjelaskan mereka menggunakan teori evolusi atau melihat mereka sebagai bukti untuk
mendukung teori itu. Donald I. Williamson menyarankan agar larva dan embrio diwakili orang
dewasa di taksa lainnya yang telah ditransfer oleh hibridisasi (larva tersebut transfer teori).
Namun, yang dilihat Williamson tidak merepresentasikan pemikiran arus utama dalam biologi
molekular , dan ada tubuh signifikan bukti melawan teori transfer larva (Mubarika, 1990).
2.7.4 Sampling sinyal takson dan filogenetik
Karena perkembangan teknik sekuensing maju dalam biologi molekular , telah menjadi
layak untuk mengumpulkan sejumlah besar data (DNA atau sekuens asam amino) untuk
menyimpulkan hipotesis filogenetik. Sebagai contoh, tidak jarang ditemukan studi dengan
matriks karakter berdasarkan seluruh mitokondria genom (~ 16.000 nukleotida, di banyak
hewan). Namun, telah diusulkan bahwa lebih penting untuk meningkatkan jumlah taksa dalam
matriks daripada meningkatkan jumlah karakter, karena lebih banyak taksa yang lebih kuat
adalah pohon filogenetik yang dihasilkan. Ini mungkin sebagian disebabkan oleh terpecahnya
cabang lama . Telah dikemukakan bahwa ini adalah alasan penting untuk memasukkan data
dari fosil ke filogeni di mana mungkin. Tentu saja, data filogenetik yang mencakup taksa fosil
umumnya didasarkan pada morfologi, bukan data DNA. Menggunakan simulasi, Derrick
Zwickl dan David Hillis [10] menemukan bahwa peningkatan takson sampling dalam inferensi
filogenetik memiliki efek positif pada keakuratan analisis filogenetik (Mubarika, 1990).
Faktor lain yang penting yang mempengaruhi keakuratan rekonstruksi pohon adalah
apakah data dianalisis benar-benar berisi sinyal filogenetik yang berguna, sebuah istilah yang
digunakan secara umum untuk menunjukkan apakah organisme yang terkait cenderung mirip
satu sama lain dengan hormat bahan genetik atau sifat-sifat fenotipik. Pada akhirnya,
bagaimanapun, tidak ada cara untuk mengukur apakah suatu hipotesis tertentu filogenetik
akurat atau tidak, kecuali jika "benar" hubungan antara taksa yang diuji sudah dikenal. Hasil
terbaik sebuah systematist empiris bisa berharap untuk mencapai adalah pohon dengan cabang-
cabang serta didukung oleh bukti yang tersedia (Mubarika, 1990).
2.7.5 Keterbatasan
Meskipun pohon filogenetik diproduksi berdasarkan sekuensing gen atau genomik data
dalam spesies yang berbeda dapat memberikan informasi tentang evolusi, mereka memiliki
keterbatasan penting. Mereka tidak harus secara akurat menggambarkan sejarah evolusi
spesies. Data yang mereka berbasis analisis yang dapat dikacaukan oleh transfer gen
horizontal, hibridisasi antara spesies yang tidak tetangga terdekat di pohon sebelum hibridisasi
terjadi, evolusi konvergen, dan dilestarikan urutan. Juga, ada masalah dalam analisis
mendasarkan pada satu jenis karakter, seperti tunggal gen atau protein atau hanya pada analisis
morfologi, karena pohon tersebut dibangun dari sumber data lain yang tidak terkait sering
berbeda dari yang pertama, dan oleh karena itu hati-hati diperlukan dalam menyimpulkan
hubungan kekerabatan diantara spesies. Hal ini paling benar dari bahan genetik yang memiliki
transfer gen lateral dan rekombinasi , di mana yang berbeda haplotype blok dapat memiliki
sejarah yang berbeda. Secara umum, pohon output dari analisis filogenetik adalah perkiraan
karakter 's filogeni (yaitu pohon gen) dan bukan filogeni dari taksa (yaitu jenis pohon) dari
yang karakter ini adalah sampel, meskipun idealnya, keduanya harus sangat dekat. Untuk
alasan ini, studi filogenetik serius umumnya menggunakan kombinasi gen yang berasal dari
sumber genom yang berbeda (misalnya, dari genom mitokondria atau Plastida vs nuklir), atau
gen yang akan diharapkan untuk berkembang di bawah rejim selektif yang berbeda, sehingga
homoplasy (palsu homologi ) tidak mungkin untuk hasil dari seleksi alam (Mubarika, 1990).
Karena tidak mungkin bahwa mereka adalah nenek moyang langsung dari setiap spesies
yang tersisa. Scepticism harus berlaku bila spesies punah termasuk dalam pohon yang
seluruhnya atau sebagian didasarkan pada data sekuens DNA, karena fakta bahwa sedikit
berguna " DNA kuno "dipertahankan selama lebih dari 100.000 tahun, dan kecuali dalam
keadaan yang tidak biasa paling tidak urutan DNA cukup lama untuk digunakan dalam analisis
filogenetik yang belum pulih dari bahan lebih dari 1 juta tahun. Dalam beberapa organisme,
endosymbionts memiliki sejarah genetik independen dari tuan rumah, jaringan filogenetik
digunakan ketika pohon-pohon memisahkan tidak cocok, karena komplikasi ini yang
menyarankan lebih retikular sejarah evolusi organisme sampel (Mubarika, 1990).
2.8 Lamun
Padang lamun adalah ekosistem pesisir yang ditumbuhi oleh lamun sebagai vegetasi yang
dominan. Lamun (seagrass) adalah kelompok tumbuhan berbiji tertutup (Angiospermae) dan
berkeping tunggal (Monokotil) yang mampu hidup secara permanen di bawah permukaan air
laut (Sheppard et al., 1996). Komunitas lamun berada di antara batas terendah daerah
pasangsurut sampai kedalaman tertentu dimana cahaya matahari masih dapat mencapai dasar
laut (LIPI, 2008).
Tanaman lamun memiliki bunga, berpolinasi, menghasilkan buah dan menyebarkan bibit
seperti banyak tumbuhan darat. Klasifikasi lamun adalah berdasarkan karakter tumbuh-
tumbuhan. Selain itu, genera di daerah tropis memiliki morfologi yang berbeda sehingga
pembedaan spesies dapat dilakukan dengan dasar gambaran morfologi dan anatomi. (LIPI,
2008).
Lamun merupakan tumbuhan laut monokotil yang secara utuh memiliki perkembangan
sistem perakaran dan rhizoma yang baik. Pada sistem klasifikasi, lamun berada pada Sub kelas
Monocotyledoneae, kelas Angiospermae. (LIPI, 2008).
Di seluruh dunia diperkirakan terdapat sebanyak 52 jenis lamun, di mana di Indonesia
ditemukan sekitar 15 jenis yang termasuk ke dalam 2 famili: (1) Hydrocharitaceae, dan (2)
Potamogetonaceae. Jenis yang membentuk komunitas padang lamun tunggal, antara lain:
Thalassia hemprichii, Enhalus acoroides, Halophila ovalis, Cymodocea serrulata, dan
Thallassodendron ciliatum (LIPI, 2008).
Eksistensi lamun di laut merupakan hasil dari beberapa adaptasi yang dilakukan termasuk
toleransi terhadap salinitas yang tinggi, kemampuan untuk menancapkan akar di substrat
sebagai jangkar, dan juga kemampuan untuktumbuh dan melakukan reproduksi pada saat
terbenam. Salah satu hal yang paling penting dalam adaptasi reproduksi lamun
adalahhidrophilus yaitu kemampuannya untuk melakukan polinasi di bawah air. (LIPI, 2008)
Secara rinci klasifikasi lamun menurut Den Hartog (1970) dan Menez, Phillips dan
Calumpong (1983) adalah sebagai berikut :
Divisi : Anthophyta
Kelas : Angiospermae
Famili : Potamogetonacea
Subfamili : Zosteroideae
Genus : Zostera, Phyllospadix, Heterozostera.
(LIPI, 2008)
Lamun merupakan tumbuhan yang tingkat tinggi karena telah bisa dibedakan akar, batang
dan daunnya.
Akar
Terdapat perbedaan morfologi dan anatomi akar yang jelas antara jenis lamun yang dapat
digunakan untuk taksonomi. Akar pada beberapa spesies seperti Halophiladan
Halodulememiliki karakteristik tipis (fragile), seperti rambut, diameter kecil, sedangkan
spesiesThalass odendr on memiliki akar yang kuat dan berkayu dengan sel epidermal. Jika
dibandingkan dengan tumbuhan darat, akar dan akar rambut lamun tidak berkembang dengan
baik. Namun, beberapa penelitian memperlihatkan bahwa akar dan rhizoma lamun memiliki
fungsi yang sama dengan tumbuhan darat. Akar-akar halus yang tumbuh di bawah permukaan
rhizoma, dan memiliki adaptasi khusus (contoh : aerenchyma, sel epidermal) terhadap
lingkungan perairan. Semua akar memiliki pusat stele yang dikelilingi oleh endodermis. Stele
mengandung phloem (jaringan transport nutrien) dan xylem (jaringan yang menyalurkan air)
yang sangat tipis. Karena akar lamun tidak berkembang baik untuk menyalurkan air maka
dapat dikatakan bahwa lamun tidak berperan penting dalam penyaluran air. (Azkab,
M.H.1988)
Patriquin (1972) menjelaskan bahwa lamun mampu untuk menyerap nutrien dari dalam
substrat (interstitial) melalui sistem akar-rhizoma. Selanjutnya, fiksasi nitrogen yang
dilakukan oleh bakteri heterotropik di dalam rhizosper Halophila ovalis, Enhalus acoroides,
Syringodium isoetifolium dan Thalassia hemprichii cukup tinggi lebih dari 40 mg N.m-2.day-
1. Koloni bakteri yang ditemukan di lamun memiliki peran yang penting dalam penyerapan
nitrogen dan penyaluran nutrien oleh akar. Fiksasi nitrogen merupakan proses yang penting
karena nitrogen merupakan unsur dasar yang penting dalam metabolisme untuk menyusun
struktur komponen sel. (Azkab, M.H.1988)
Diantara banyak fungsi, akar lamun merupakan tempat menyimpan oksigen untuk proses
fotosintesis yang dialirkan dari lapisan epidermal daun melalui difusi sepanjang sistem
lakunal (udara) yang berliku-liku. Sebagian besar oksigen yang disimpan di akar dan rhizoma
digunakan untuk metabolisme dasar sel kortikal dan epidermis seperti yang dilakukan oleh
mikroflora di rhizospher. Beberapa lamun diketahui mengeluarkan oksigen melalui akarnya
(Halophila ovalis) sedangkan spesies lain (Thallassia testudinum) terlihat menjadi lebih baik
pada kondisi anoksik. (Azkab, M.H.1988)
Larkum et al (1989) menekankan bahwa transport oksigen ke akar mengalami penurunan
tergantung kebutuhan metabolisme sel epidermal akar dan mikroflora yang berasosiasi.
Melalui sistem akar dan rhizoma, lamun dapat memodifikasi sedimen di sekitarnya melalui
transpor oksigen dan kandungan kimia lain. Kondisi ini juga dapat menjelaskan jika lamun
dapat memodifikasi sistem lakunal berdasarkan tingkat anoksia di sedimen. Dengan demikian
pengeluaran oksigen ke sedimen merupakan fungsi dari detoksifikasi yang sama dengan yang
dilakukan oleh tumbuhan darat. Kemampuan ini merupakan adaptasi untuk kondisi anoksik
yang sering ditemukan pada substrat yang memiliki sedimen liat atau lumpur. Karena akar
lamun merupakan tempat untuk melakukan metabolisme aktif (respirasi) maka konnsentrasi
CO2 di jaringan akar relatif tinggi. (Azkab, M.H.1988)
Rhizoma dan Batang
Semua lamun memiliki lebih atau kurang rhizoma yang utamanya adalah herbaceous,
walaupun pada Thallasodendron ciliatum (percabangan simpodial) yang memiliki rhizoma
berkayu yang memungkinkan spesies ini hidup pada habitat karang yang bervariasi dimana
spesies lain tidak bisa hidup. Kemampuannya untuk tumbuh pada substrat yang keras
menjadikan T. Ciliatum memiliki energi yang kuat dan dapat hidup berkoloni disepanjang
hamparan terumbu karang. (Azkab, M.H.1988)
Struktur rhizoma dan batang lamun memiliki variasi yang sangat tinggi tergantung dari
susunan saluran di dalam stele. Rhizoma, bersama sama dengan akar, menancapkan
tumbuhan ke dalam substrat. Rhizoma seringkali terbenam di dalam substrat yang dapat
meluas secara ekstensif dan memiliki peran yang utama pada reproduksi secara vegetatif dan
reproduksi yang dilakukan secara vegetatif merupakan hal yang lebih penting daripada
reproduksi dengan pembibitan karena lebih menguntungkan untuk penyebaran lamun.
Rhizoma merupakan 60 – 80% biomas lamun. (Azkab, M.H.1988)
Daun
Seperti semua tumbuhan monokotil, daun lamun diproduksi dari meristem basal yang
terletak pada potongan rhizoma dan percabangannya. Meskipun memiliki bentuk umum yang
hampir sama, spesies lamun memiliki morfologi khusus dan bentuk anatomi yang memiliki
nilai taksonomi yang sangat tinggi. Beberapa bentuk morfologi sangat mudah terlihat yaitu
bentuk daun, bentuk puncak daun, keberadaan atau ketiadaan ligula. Contohnya adalah
puncak daunCymodocea serrulata berbentuk lingkaran dan berserat, sedangkan C. Rotundata
datar dan halus. Daun lamun terdiri dari dua bagian yang berbeda yaitu pelepah dan daun.
Pelepah daun menutupi rhizoma yang baru tumbuh dan melindungi daun muda. Tetapi genus
Halophila yang memiliki bentuk daun petiolate tidak memiliki pelepah. (Azkab, M.H.1988)
Anatomi yang khas dari daun lamun adalah ketiadaan stomata dan keberadaan kutikel yang
tipis. Kutikel daun yang tipis tidak dapat menahan pergerakan ion dan difusi karbon sehingga
daun dapat menyerap nutrien langsung dari air laut. Air laut merupakan sumber bikarbonat
bagi tumbuh-tumbuhan untuk penggunaan karbon inorganik dalam proses fotosintesis.
(Azkab, M.H.1988)
BAB III
MATERI DAN METODE
3.1. Waktu dan Tempat
Hari dan Tangggal : Jumat 13 April 2012
Waktu : 10.00- selesai
Tempat : Laboratorium Mikrobioligi Jurusan Ilmu Kelautan
Universitas Diponegoro, Tembalang Semarang
3.2. Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum dasar – dasar bioteknologi dari
acara 1 sampai dengan acara 3 yaitu diantaranya:
3.2.1Alat
3.2.2. Bahan
No Bahan Kegunaan Gambar
1 95 % alcohol Untuk memisahkan DNA pada
strawberry, yang berupa
benang2 putih
2 Strawberry Bahan uji ekstraksi DNA
N
o
Alat Kegunaan Gambar
1 Tabung
sentrifuge
Sebagai tempat dari sampel
2 Beaker glas Sebagai tempat dari sampel
yang akan dicampur
3 Plastik Zip-
lock
Sebagai tempat untuk
stroberry yang sudah
diremas- remas
4 Saringan Alat untuk menyaring
sampel larutan
5 Komputer Sebagai media untuk
menghubungkan keinternet
dan untuk mengolah data
yang diperoleh.
6 LCD Untuk menampilkan
gambar yang ada pada
komputer
7 Software
bioinformatik
a
Sebagai progam untuk
mengolah dari data DNA
yang diperoleh
8 Internet Sebagai sarana untuk
menghubungkan kesitus
NCBI
3 Pisang Bahan Uji Ekstrasi DNA
3 Air destilasi Untuk melarutkan garam dan
shampo
4 Enzim Sebagai sampel
5. Shampo Sebagai pengganti deterjen
6 Garam iodium Sebagai campuran untuk
menghomogenkan larutan-
larutan
3.3. Cara Kerja
3.3.1. Visualisasi Ekstraksi DNA
1. Buat 100 ml buffer lisis dengan cara mengambil 90 ml air steril + 10 ml shampoo + ¼
sendok garam, kemudian di aduk hingga garam larut / homogeny.
2. Ambil 1 buah strawberry dan 1 buah pisang, kemudian dibelah / dibagi menjadi 2 bagian.
3. Letakkan masing-masing sebagian strawberry dan ke dalam plastic ziplock dan remas-
remas dengan jari tangan hingga menjadi cairan juice.
4. Tambahkan 10 ml buffer lisis kedalam plastic dan tutup kembali.
5. Lanjutkan meremas plastic kurang lebih 2-3 menit hingga bercampur/ homogeny dengan
larutan juice.
6. Kemudian larutan disaring/filter dan biarkan selama 10 menit
7. Buang saringan dan ekstrak yang ada
8. Teteskan sebanyak 2-4 tetes enzim ke dalam tabung yang telah berisi strawberi dan larutan.
9. Tuangkan sebanyak 30 ml 95 % alcohol dingin ke dalam tabung sentrifuge 50 ml.
10. Lalu tuangkan larutan yang telah disaring kedalam tabung, tutup tabungnya dan amati
sampai terlihat DNA mulai presipitasi sampai beberapa menit.
3.3.2. Elektroforesis
1. Buat 250 ml larutan buffer TAE 1x dengan cara mencamnpurkan 5 ml TAE 50x ke dalam
245 ml akuades.
2. Buat gel agarosa 1% dengan cara menimbang agarosa 0,2 g untuk dilarutkan ke dalam
bufer TAE 1x hingga volume 20 ml. Larutan agarosa dididihkan hingga larut sempurna.
3. Siapkan baki gel agarosa, lekatkan selotip di tiap ujung baki gel agarosa (pastikan bahwa
selotip melekat kuat dan tidak ada lubang pada masing-masing ujung baki)
4. Pasang sisir elektroforesis di salah satu ujung baki gel agarosa dengan posisi hampir
menyentuh dasar baki
5. Periksalah suhu larutan agarosa dengan cara menempelkan erlenmeyer ke tangan, jika
suhunya sudah turun hingga sekitar 50-60 0C, tambahkan 1 µl etidium bromid
(PERINGATAN KERAS!!, gunakan sarung tangan karena bersifat karsinogenik).
6. Larutan agarosa dihomogenkan sebentar, kemudian tuangkan larutan ke dalam baki gel
agarosa, biarkan hingga larutan berubah menjadi gel yang padat.
7. ambil sisir dengan hati-hati, lepaskan selotip dari ujung-ujung baki.
8. masukkan baki yang telah berisi gel agarosa ke dalam tangki elektroforesis yang telah diisi
dengan larutan bufer TAE 1x (pastikan bahwa gel terendam seluruhnya dalam TAE).
9. siapkan sekitar 5 cm kertas parafilm di dekat tangki elektroforesis.
10. masukkan 10 µl sampel DNA dan 2 µl loading dye 6x ke dalam sumuran gel agarosa
dengan cara mencampurkan kedua bahan tersebut terlebih dahulu secara merata pada
kertas parafilm menggunakan mikropipet.
11. buatlah catatan mengenai nomor sumuran dan jenis sampel DNA yang dimasukkan.
12. hubungkan kabel dari sumber arus ke tangki elektroforesis (pastikan bahwa kabel yang
tersambung ke kutub negatif berada di dekat sumuran; jika tidak demikian, ubahlah posisi
baki/gel ke arah sebaliknya).
13. nyalakan sumber arus, aturlah volatase dan waktu running hingga diperoleh angka 70 V
dan 45 menit dengan cara menekan tombol yang sesuai pada sumber arus.
14. jalankan elektroforesis (lakukan running) dengan cara menekan tombol run pada sumber
arus.
15. elektroforesis akan berhenti apabila waktu yang ditetapkan sudah habis, yang ditandai oleh
adanya bunyi alarm. Matikan sumber arus dan angkatlah baki dari tangki elektroforesis.
16. keluarkan gel dan letakkan di atas UV transluminator (letakkan selubung kaca hitam di atas
UV transluminator).
17. Nyalakan UV transluminator, amati pita-pita DNA yang tervisualisasi.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Hasil
4.1.1 Visualisasi Ekstraksi DNA
Elektroforesis
Skema Elektroforesis
4.1.2 Analisis sequen DNA dengan Blast
5. Proses Elektroforesis Kertas
1. Hasil Elektroforesis Kertas
2. Indikator
3. Tinta
4. Zat Warna
4.1.3 Pengolahan Data Hasil Identifikasi Sequen Menggunakan Program BioInformatika
4.2 Pembahasan
4.2.1. Visualisasi Ekstraksi DNA
Praktikum kali ini menggunakan ekstraksi DNA dengan menggunakan buah strawberry
dan pisang. Hal ini dilakukan karena sel tumbuhan dari pisang dan strawberry memiliki
membrane plasma yang terlindungi oleh dinding sel yang kaku dan untuk mengekstraksi DNA
dilakukan dengan memecah dinding sel tersebut, dengan cara meremas buah pisang dan
starwberry menjadi halus seperti di juice.
Tekhnik ekstraksi DNA memerlukan lisis buffer yang dalam praktikum ini menggunakan
bahan shampoo dengan fungsi sebagai katalisator yan mempercepat proses ekstraksi.
Kemudiam dilanjutkan dengan ekstraksi protein dengan menggunakan larutan alkohol 95%.
Lalu ditambahkan enzim untuk bisa mengikat protein-protein yang terdapat dalam DNA kedua
buah tersebut. Kemurnian DNA dapat diketahui dengan menggunakan elektroforesis untuk
mengetahui keutuhan relative DNA tersebut.
Ada 5 tahap untuk melakukan isolasi DNA, yaitu: isolasi sel, pelisisan dinding dan
membran sel, pengekstraksian dalam larutan, Pada isolasi DNA kedua buah tersebutdidapatkan
hasil, DNA naik keatas setelah diberi alcohol dengan warna dari DNA itu sendiri berwarna
bening dan berupa benang-benang putih.
Alcanivorax_venustensis_strain
Uncultured_gamma_proteobacteri
Alcanivorax_balearicus_strain
Uncultured_bacterium_clone_OTU
Alcanivorax_dieselolei_strain_
Alcanivorax_sp._TE-9_gene_for_
DiasNatasasmita0.05
4.2.2. Elektroforesis
Prinsip dasar elektroforesis adalah proses pemisahan partikel berdasarkan laju mobilisasi
partikel pada suatu medan listrik. Dalam percobaan ini menggunakan kertas elektroforesis
kertas sebagai teknik yang menunjukan bahwa beberapa indikator dan beberapa pigmen dalam
tinta adalah molekul yangterionisasi.Awalnya percobaan dilakukan dengan mempersiapkan
percobaan dengan penyiapan bahan.Bahan uji yang dipakai adalah tinta warna hitam, biru dan
merah. Indikator yang digunakan adalah congo red, fenol red, dan brom fenol blue. Zat warna
yang digunakan adalah fluorecein dan tetrazine, campurannya.Spot dari sampel dibuat tipis,
dan satu titik kecil untuk menghindari penyebaran pada kertas elektroforesis yaitu kertas
selulosa asetat.Elektroforesis membuat kertas yang ditetes bahan berwarna. Tinta hitam
menghasilkan warna biru,coklat, dan agak kuning. Tinta merah mengasilkanwarna merah,
orange dan agak kuning. Tinta campuran menghasilkan warna biru,coklat, dan agak kuning.
Fenol red menghasilkan warna kuning dan orange. Bromfenol blue menghasilkan warna biru.
Indikator yang dicampurkan menghasilkan warna kuning dan orange.Flourocein menghasilkan
warna kuning. Tartrazine juga menghasilkan warna kuning.Zat warna campuran menghasilkan
warna merah dan orange.Kegunaan dari hasil elektroforesis adalah menilai kemurnian contoh
untuk identifikasi komponen, menentukan besar molekul, dan lain-lain.Faktor yang
mempengaruhi mobilitas sampel adalah voltase yang digunakan, konsentrasi buffer, pH buffer,
pengaruh elektroosmotik, dan pengaruh difusi.Dari hasil pengamatan, ditunjukan muatan tinta,
indikator, dan zat warnamenhasilkan positif.
Namun, pada saat percobaan ada yang menghasilkan negatif,ini diperngaruhi oleh pada
saat pembuatan titik hasil penotolan yang terlalu lebar,dan juga ada faktor kerusakan alat.
Disebabkan oleh hal tersebut, proses pemisahan menjadi kurang baik.Pada saat alat
elektroforesis running, hasil yang didapatkan terlalu cepat, sehingga menyebabkan alat tersebut
harus segeradimatikan, jangan sampai mengenai larutan buffer yang menyebabkan hasil
elektroforesis gagal.
4.2.3. Analisis sequen DNA dengan Blast
Analisa DNA sequencing merupakan salah satu alat yang digunakan untuk mengetahiu
genetik dari makhluk hidup dan mempelajari hubungan kekerabatan suatu sekuens baru
dengan beberapa sekuens lainnya yang telah terlebih dahulu diketahui. DNA sequencing
menggunakan elektrophoresis kapiler yang merupakan teknologi kunci pada laboratorium-
laboratorium life science.
Analisis sequen DNA adalah dengan menggunakan BLAST. Dengan melakukan analisis
sekuensing dari DNA, maka dapat diketahui dari jenis – jenis bakteri dan sumber atau asal dari
suatu bakteri tersebut. Untuk pemilihan bakteri pada analisis sekuensing DNA ini, pemilihanya
dilakukan secara random atau acak tidak berdasarkan ketentuan secara urut. Sedangkan untuk
penetuan dari sequencing DNA ini diproses dengan progam bioinformatika, dengan progam
tersebut maka akan diketahui dari pohon filogenik dari suatu bakteri yang dimasukan kedalam
pemrosesan data tersebut. Data dari suatu DNA ini didapat dari GenBank.
Urutan basa suatu DNA dapat ditentukan dengan teknik DNA Sequencing, metode yang
umum digunakan saat ini adalah metode Sanger (chain terminationmethod) yang sudah
dimodifikasi menggunakan dye-dideoxy terminator, dimana proses awalnya adalah reaksi PCR
dengan pereaksi yang agak berbeda, yaituhanya menggunakan satu primer (PCR biasa
menggunakan 2 primer) dan adanya tambahan dideoxynucleotide yang dilabel fluorescent
4.2.4. Pengolahan Data Hasil Identifikasi Sequen Menggunakan Program BioInformatika
Untuk mengidentifikasi DNA dapat dilakukan dengan menggunakan software
bioinformatika yang bertujuan untuk mengetahui tingkat hubungan dari kekerabatan dari suatu
mikroorganisme. Dengan pengolahan data dari hasil sekuensing DNA tersebut maka dapat
dihasilkan berupa pohon filogenetik.
Bioinformatika menyimpan basis data sekuens biologis berupa basis data primer asam
nukleat maupun protein, basis data sekunder untuk menyimpan motif sekuens protein, dan basis
data struktur untuk menyimpan data struktur protein maupun asam nukleat. Basis data utama
untuk sekuens asam nukleat saat ini adalah GenBank.
Dari hasil identifikasi didapatkan pohon filogenik yang menujukan bahwa :
Alcanivorax dieselolei memiliki tingkat kekerabatan yang sangat tinggi / dekat dengan
Alcanivorax sp. TE-9, Alcanivorax_balearicus Uncultured bacterium clone.
Alcanivorax venustensis memilki kekerabatan yang sangat tinggi / dekat dengan
Uncultured bacterium gamma.
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari praktikum dasar – dasar bioteknologi kali ini dapat diambil beberapa kesimpulan
yang diantaranya yaitu:
1.DNA adalah asam nukleat yang mengandung materi genetik dan berfungsi untuk mengatur
perkembangan biologis seluruh bentuk kehidupan secara seluler.
2.Bioinformatika adalah ilmu yang mempelajari penerapan tekhnik komputasional untuk
mengelola dan menganalisis informasi biologi. Bidang ini mencakup penerapan metode-
metode matematika, statiska, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologis,
terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino.
3.Analisa DNA sequencing sangat penting untuk mengetahui genetik kehidupan.
4.BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) merupakan perkakas bioinformatika yang
berkaitan erat dengan penggunaan basis data sekuens biologis.
5.Pohon filogenik dapat dibuat dengan menggunakan software ClustalX dan NJ plot dengan
terlebih dahulu mengetahui sequence dari DNA.
5.2. Saran
1. Semoga bahan dan alat sewaktu praktiku m lebih lengkap dan berfungsi dengan baik
sehingga praktikan lebih mengerti tidak hanya secara teori tetapi praktek juga.
2. Penjelasan mengenai materi mungkin bisa lebih diperjelas dengan di buat dalam bentuk
tutorial.
DAFTAR PUSTAKA
Anggadiredja, T.J. 2006. Teknologi produk perikanan dalam industri farmasi, potensi dan
pemanfaatan makro algae laut. Makalah Stadium Generate Teknologi Alternatif Produk
Perikanan dalam Industri Farmasi. Bogor.
Artama, W.T. 1991. Rekayasa Genetika. Pusat Antar Universitas-Bioteknologi.
UGM.Yogyakarta.
Attwood, T.K., dan D.J. Parry-Smith. 1999. Introduction to Bioinformatics. Harlow: Pearson
Education. ISBN 0-582-32788-1
Azkab,M.H.1999. Pedoman Invetarisasi Lamun. P3O-LIPI, Teluk Jakarta: Jakarta
Fatchiyah. 2006. Gel Elektroforesis. Malang: Brawijaya Press
Krane, D.E., dan M.L. Raymer. 2003. Fundamental Concepts of Bioinformatics. San Francisco:
Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-4633-3
Michel Peyrard .2004 .Nonlinear Dynamics and Statistical Physics of DNA.
Miftachul Hadi and Hans J. Wospakrik .2004. SU(2) Skyrme Model for Hadron, Published in
Physics Journal IPS Proceeding Supplement C8 0514, http://pj.hfi.fisika.net(di akses pada
tanggal 21Juni 2011 jam 09.00).
Mount, D.W. 2001. Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis. Cold Spring Harbor: Cold
Spring Harbor Laboratory Press
Mubarika, Sofia. 1990. Rekayasa Genetika. Pusat Antar Universitas-Bioteknologi UGM.
Yogyakarta.
Mubarika, Sofia. 1990. Rekayasa Genetika. Pusat Antar Universitas-Bioteknologi UGM.
Yogyakarta.
Riznichenko Galina Yurevna .2006.Mathematical Models in Biophysics,
http://www.biophysics.org/education/galina.pdf, May 22, (di akses pada tanggal 21Juni 2011
jam 09.00).
Sambrook, L., et al. 2003. Molecular Clonning : A laboratory Manual, second edition. Cold
Spring Harbor Laboratory Press. New York.
Schmid, R.D. 2003. Pocket Guide to Biotechnology and Genetic Engineering. Wiley- VCH.
Germany.
Semagn, K., Bjørnstad, A., Ndjiondjop, M.N. 2006. An overview of molecular marker methods for
plants. African Journal of Biotechnology 5: 2540-2568Cold Spring Harbor Laboratory Press.
New York.
Westermeier. 2004. Electrophoresis in Practice: A Guide to Theory and Practice. New Jersey:
John Wiley & Sons inc.
www.lipi.go.id (Diakses pada tangga 23 April 2012 pukul 17.00)