PRAKTIKUM II
PENGENALAN SITUS BIOINFORMATIKA NCBI DAN PENGGUNAANNYA DALAM MEMAHAMI
PROSES EKSPRESI GEN
I. Tujuan
Menelusuri identitas suatu gen berdasarkan seken nukleotida menggunakan
gene bank database.
Mahasiswa memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi dan
translasi serta regulasinya.
Mahasiswa dapat mengidentifikasi bagian gen yang berperan sebagai promoter,
coding sequence (CDS), intron dan ekson, start dan stop kodon, serta
regulating element.
Mahasiswa dapat memahami bagaimana suatu gen yang sama dapat menghasilkan
protein yang berbeda.
II. Dasar Teori
NCBI merupakan server yang memuat data base tentang informasi kesehatan
dan bioteknologi. Data base terus menerus di update sesuai dengan penemuan-
penemuan terkini yang menyangkut DNA, Protein, Senyawa aktif dan taksonomi.
NCBI merupakan salah satu bank data gen, protein dan literature khususnya
dibidang kesehatan yang terlengkap dan diacu oleh para peneliti di dunia.
National Center of Biotechnology Informatic adalah bagian dari Amerika
Serikat National Library of Medicine (NLM), sebuah cabang dariNational
Institutes of Health . Para NCBI terletak di Bethesda, Maryland dan
didirikan pada tahun 1988 melalui legislasi disponsori oleh Senator Claude
Pepper. Untuk mengakses NCBI dapat dibuka di http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
(Widodo dan Miftahkhunnafisah, 2010).
Database dan software dalam situs bioinformatika ini terdiri dari
berbagai aspek, antara lain (Geneious, 2013) :
Entrez
Entrez merupakan sistem pencarian informasi dalam NCBI yang menyediakan
akses terintegrasi untuk melakukan sekuensing, pemetaan (mapping) ,
taksonomi dan data struktural. Entrez juga menyediakan gambaran grafis
untuk mapping sekuen dan kromosom. Ciri khas dan keunggulan Entrez adalah
kemampuan untuk pencarian informasi terkait sekuen, struktur dan referensi.
Literatur jurnal yang tersedia dapat diakses melalui PubMed. PubMed
merupakan alat penghubung pencarian di web yang menyediakan akses ke lebih
dari 11 juta sitasi jurnal di MEDLINE. Entrez Gene adapat diakses pada
www.ncbi.nlm.nih.gov/gene.
Nucleotide Database
Database nukleotida merupakan suatu koleksi sekuen dari beberapa sumber,
termasuk diantaranya GenBank, Reference Sequence (RefSeq), Third Party
Annotation (TPA) dan Protein Data Bank (PDB).
Blast
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) merupakan suatu program untuk
pencarian kemiripan sekuen (sequence similarity) dan merupakan alat dalam
identifikasi gen dan karakter genetik. Blast dapat melakukan pencarian
sekuen melalui perbandingan dengan database DNA dalam waktu singkat (kurang
dari 15 detik). Keterangan lengkap mengenai program BLAST dapat dilihat
pada : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/producttable.shtml# (Altschul, et
al., 1990).
Ada 5 program utama dalam BLAST, yaitu (Altschul, et al., 1990) :
nucleotide blast (blastn) : membandingkan suatu sekuen nukleotida meragukan
(query sequence) yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida.
protein blast (blastp) : membandingkan suatu sekuen asam amino yang kita
miliki dengan database sekuen protein.
c. blastx : membandingkan produk translasi konsep 6 frame sebuah sekuen
nukleotida (translated nucleotide) yang kita miliki dengan database sekuen
protein.
d. tblastn : membandingkan suatu sekuen protein yang kita miliki dengan
database sekuen nukleotida yang secara dinamis ditranslasi pada semua
pembacaan 6 frame.
e. tblastx : membandingkan suatu translasi 6 frame dari nukleotida.
III. Alat dan Bahan
A. Alat
1. Komputer 1 set
2. Jaringan Internet 1 set
B. Bahan
1. Nucleotida query :
ATGGGGCTCAGCGACGGGGAATGGCAGTTGGTGCTGAACGTCTTACCCCGAGTCGCTGCCCCT
TACCGTCAACCACGACTTGCAGAGGGGGAAGGTGGAGGCTGACATCCCAGGCCATGGGCAGGAAGTC
CCCCTTCCACCTCCGACTGTAGGGTCCGGTACCCGTCCTTCACCTCATCAGGCTCTTTAAGGGTCAC
CCAGAGACTCTGGAGAAGGGAGTAGTCCGAGAAATTCCCAGTGGGTCTTCGAGACCTCTTCTTTGAC
AAGTTCAAGCACCTGAAGTCAGAGGACGAGATGAAGGAAACTGTTCAAGTTCGTGGACTTCAGTCTC
CTGCTCTACTTCCCGTCTGAGGACTTAAAGAAGCATGGTGCCACCGTGCTCACCGCGCAGACTCCTG
AATTTCTTCGTACCACGGTGGCACGAGTGGCGCCTGGGTTGCATGCTTAAGAAGAAGGGGCATCATG
AGGCAGAGGGACCCACCGTAGGAATTCTTCTTCCCCGTAGTACTCCGTCTCATTAAGCCCCTGGCAC
AGTCGCATGCCACCAATCACAAGATCCTAATTCGGGGACCGTGTCAGCGTACGGTGGTTCGTGTTCT
AGGCCGTGAAGTACCTGGAGTTCATCTCGGAATCCATCATCCAGGTGGCACTTCATGGACCTCAAGT
AGAGCCTTACGTAGTAGGTCCATCTGCAGAGCAAGCATCCCGGGGACTTTGGTGCTGATGCCCAGAG
ACGTCTCGTTCGTAGGGCCCCTGAAACCACGACTACGGGTCGGGGCCATGAACAAGGCCCTGGAGCT
GTTCCGGAAGGACATGGCCCCGGTACTTGTTCCGGGACCTCGACAAGGCCTTCCTGTACCCCTCCAA
CTACAAGGAGCTGGGCTTCCAGGGCTAGGGAGGTTGATGTTCCTCGACCCGAAGGTCCCGATC
IV. Cara Kerja
Membuka situs www.ncbi.nlm.nih.gov/blast
Setelah tampilan muncul, pilih blastn dan masukan sekuen nucleotide query
yang akan dicari
Pilih setingan pencarian dari database 'others'; dan pilih program
'megablast'
Klik 'BLAST' untuk memulai proses searching
Klik accession gen terpilih pada NM_005368.2
6. Identifikasi informasi dari data yang didapatkan, seperti Locus,
Definition, Summary, Features (CDS & Exon), Origin (Promotor, Start dan
Stop kodon).
V. Hasil dan Pembahasan
Praktikum kering berjudul "Pengenalan Situs Bioinformatika NCBI dan
Penggunaanya Dalam Memahami Proses Ekspresi Gen" ini bertujuan untuk
Menelusuri identitas suatu gen berdasarkan seken nukleotida menggunakan
gene bank database, memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi
dan translasi serta regulasinya, dapat mengidentifikasi bagian gen yang
berperan sebagai promoter, coding sequence (CDS), intron dan ekson, start
dan stop kodon, serta regulating element dan dapat memahami bagaimana
suatu gen yang sama dapat menghasilkan protein yang berbeda. Dalam
percobaan ini, untuk memenuhi ketuntasan dari tujuan dilaksanakanny
praktikum kering ini, digunakan situs bioinformatika bertaraf internasional
yang dikenal sebagai NCBI.
NCBI merupakan server yang memuat data base tentang informasi kesehatan
dan bioteknologi. Data base terus menerus di update sesuai dengan penemuan-
penemuan terkini yang menyangkut DNA, Protein, Senyawa aktif dan taksonomi.
NCBI merupakan salah satu bank data gen, protein dan literature khususnya
dibidang kesehatan yang terlengkap dan diacu oleh para peneliti di dunia.
National Center of Biotechnology Informatic adalah bagian dari Amerika
Serikat National Library of Medicine (NLM), sebuah cabang dariNational
Institutes of Health . Para NCBI terletak di Bethesda, Maryland dan
didirikan pada tahun 1988 melalui legislasi disponsori oleh Senator Claude
Pepper. Untuk mengakses NCBI dapat dibuka di http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
(Widodo dan Miftahkhunnafisah, 2010).
NCBI sendiri memiliki 3 software unggulan dengan fasilitas tertentu,
diantaranya ialah BLAST. BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)
merupakan suatu program untuk pencarian kemiripan sekuen (sequence
similarity) dan merupakan alat dalam identifikasi gen dan karakter genetik.
Tools ini terdiri atas lima program utama, yaitu :
1. nucleotide blast (blastn) : membandingkan suatu sekuen nukleotida
meragukan (query sequence) yang kita miliki dengan database sekuen
nukleotida.
2. protein blast (blastp) : membandingkan suatu sekuen asam amino yang
kita miliki dengan database sekuen protein.
3. blastx : membandingkan produk translasi konsep 6 frame sebuah sekuen
nukleotida (translated nucleotide) yang kita miliki dengan database sekuen
protein.
4. tblastn : membandingkan suatu sekuen protein yang kita miliki dengan
database sekuen nukleotida yang secara dinamis ditranslasi pada semua
pembacaan 6 frame.
5. tblastx : membandingkan suatu translasi 6 frame dari nukleotida.
NCBI dimanfaatkan dalam proses identifikasi nukleotida hasil dari
ekspresi gen. Ekspresi gen merupakan proses bagaimana informasi yang ada
di dalam DNA bisa di copy melalui proses traskripsi dalam organisme
eukariot. Hasil proses transkripsi adalah mRNA (transkrip primer). Di
dalam organisme eukariot ada tahapan proses tertentu sebelum
menghasilkan RNA, yaitu RNA processing. Kemudian diikuti tahap
translasi yang akhirnya menghasilkan polypeptida. Jika dalam proses
tersebut ada tahapan yang tidak terjadi, maka dalam hal ini tidak
termasuk dalam kategori bahwa gen tersebut telah terekspresi atau dengan
akta lain tidak terjadi ekspresi gen (Ernawati, 2007).
Berikut adalah gambaran proses ekspresi gen menurut Qiao, et al.,
2002 :
2. Dalam praktikum kali ini, identifikasi dilakukan terhadap sekuen
nukleotida
ATGGGGCTCAGCGACGGGGAATGGCAGTTGGTGCTGAACGTCTTACCCCGAGTCGCTGCCCCTTACCGTC
AACCACGACTTGCAGAGGGGGAAGGTGGAGGCTGACATCCCAGGCCATGGGCAGGAAGTCCCCCTTCCAC
CTCCGACTGTAGGGTCCGGTACCCGTCCTTCACCTCATCAGGCTCTTTAAGGGTCACCCAGAGACTCTGG
AGAAGGGAGTAGTCCGAGAAATTCCCAGTGGGTCTTCGAGACCTCTTCTTTGACAAGTTCAAGCACCTGA
AGTCAGAGGACGAGATGAAGGAAACTGTTCAAGTTCGTGGACTTCAGTCTCCTGCTCTACTTCCCGTCTG
AGGACTTAAAGAAGCATGGTGCCACCGTGCTCACCGCGCAGACTCCTGAATTTCTTCGTACCACGGTGGC
ACGAGTGGCGCCTGGGTTGCATGCTTAAGAAGAAGGGGCATCATGAGGCAGAGGGACCCACCGTAGGAAT
TCTTCTTCCCCGTAGTACTCCGTCTCATTAAGCCCCTGGCACAGTCGCATGCCACCAATCACAAGATCCT
AATTCGGGGACCGTGTCAGCGTACGGTGGTTCGTGTTCTAGGCCGTGAAGTACCTGGAGTTCATCTCGGA
ATCCATCATCCAGGTGGCACTTCATGGACCTCAAGTAGAGCCTTACGTAGTAGGTCCATCTGCAGAGCAA
GCATCCCGGGGACTTTGGTGCTGATGCCCAGAGACGTCTCGTTCGTAGGGCCCCTGAAACCACGACTACG
GGTCGGGGCCATGAACAAGGCCCTGGAGCTGTTCCGGAAGGACATGGCCCCGGTACTTGTTCCGGGACCT
CGACAAGGCCTTCCTGTACCCCTCCAACTACAAGGAGCTGGGCTTCCAGGGCTAGGGAGGTTGATGTTCC
TCGACCCGAAGGTCCCGATC yang memberikan data hasil yang menggambarkan
proses ekspresi gen dari nukleotida terkait. Dimana hasil
identifikasi dijabarkan dalam beberapa point fokus yang menunjukan
informasi pering terkait sampel nukleotida.
Locus, definition, dan organism
Locus selalu menempati baris pertama pada tampilan entry, yang menunjukan
nama sekuen pada GenBank, terdiri dari nama sekuen, panjang sekuen (pasang
basa/base pairs), molekul, bentuk molekul, dan tanggal update terakhir.
Locus sendiri menunjukan posisi gen yang diidentifikasi. Disamping locus,
definition juga melengkapi informasi yang mendeskripsikan sekuen terkait.
Kolom definition didukung dengan keberadaan kolom organism dimana kolom ini
memberikan informasi terkait organisme pemilik sekuen nukleotida terkait.
Summary
Pada kolom ini, dibeberkan beberapa informasi terkait sekuen nukleotida
yang diidentifikasi. Dari sampel yang digunakan, pada kolom ini diketahui
bahwa gen terkait mengkode anggota dari superfamili globin dan
diekspresikan dalam otot rangka dan juga otot jantung. Kode protein
tersebut merupakan haemoprotein yang berperan untuk penyimpanan oksigen
intraseluler dan difusi oksigen transeluler terfasilitasi. Sekurang-
kurangnya terdapat tiga varian transkrip alternatif yang diketahui mengkode
protein yang sama.
Features
Pada kolom features ini diinformasikan mengenai catatan atau keterangan
mengenai ciri/karakter setiap sekuen. Dari data pada kolom ini, didapatkan
data sebagai berikut :
CDS 81...545
Exon 1...175
176...398
399...1078
Origin
Data pada kolom ini berhubungan dengan data yang diberikan pada kolom
features, dimana dilihat dari CDS (81...545) dapat memperkecil luas fokus
identifikasi sekuen nukleotida yang berarti sekuen terletak diantara data
nomor 81 hingga 545. Dari penelusuran terhadap origin, diawali dari baris
121 hingga 541, didapatkan data sebagai berikut :
Promotor, menentukan di mana transkripsi dimulai dan juga
menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan
sebagai cetakan, ditemukan berupa GACA di 141 (pada baris 121).
Start kodon, kodon pertama yang diterjemahkan pada saat translasi
atau disebut juga kodon inisiasi, ditemukan berupa ATG di 154 (pada
baris 121).
Stop kodon, merupakan triplet nukleotida dalam RNA yang
bertanggung jawab atas penghentian proses penerjemahan, ditemukan
berupa TAG di 543 (pada baris 541).
VI. Kesimpulan
1. Gen dari hasil identifikasi mengkode anggota dari superfamili globin
dan diekspresikan dalam otot rangka dan juga otot jantung. Kode protein
tersebut merupakan haemoprotein yang berperan untuk penyimpanan oksigen
intraseluler dan difusi oksigen transeluler terfasilitasi. Sekurang-
kurangnya terdapat tiga varian transkrip alternatif yang diketahui mengkode
protein yang sama.
2. Ekspresi gen merupakan proses bagaimana informasi yang ada di dalam
DNA bisa di copy melalui proses traskripsi dalam organisme eukariot. Hasil
proses transkripsi adalah mRNA (transkrip primer). Kemudian diikuti tahap
translasi yang akhirnya menghasilkan polypeptida.
3. Sekuen gen terletak pada CDS 81 hingga 545, dimana promotor GACA
berapa pada 141, start kodon ATG pada posisi 154, dan stop kodon pada
posisi %$# beruppa TAG.
4. Gen terkait diketahui mengkode tiga varian protein yang berbeda,
dimana hal ini di pengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya oleh enzim.
VII. Daftar Pustaka
Altschul SF., W. Gish., W. Miller et al. 1990. Basic Local Alignment
Search Tool.
J. Mol. Biol. 215, 403–410.
Ernawati. 2007. Pengaturan Ekspresi Gen. Jurnal Biomedis. Vol I (I) : 23-
30.
Geneious. 2013. Accessing NCBI BLAST Through Geneious. New York :
Biomatters Ltd.
Qiao, Chunping., Wang, Bing., Zhu, Xiadong., Li, Juan., dan Xiao, Xiao.
2002. A
Novel Gene Expression Control System and Its Use in Stable, High-
Titer 293
Cell-Based Adeno-Associated Virus Packaging Cell Lines. Journal of
Virology. Vol 76 (24) : 13025.
Widodo dan Miftahkhunnafisah. 2010. Pengenalan NCBI Untuk Analisis
DNA, Protein, dan Senyawa Kimia. Jurnal Biosistem. Vol 1 (I) : 1-22.
Surakarta, 5 April 2016
Mengetahui,
Asisten Praktikum Praktikan,
( ) ( Farah Nadia)
