BAB I Pendahuluan 1.1
Latar Belakang Bioteknologi adalah teknologi pemanfaat mikroba atau produk mikroba yang bertujuan
menghasikan bahan atau jasa tertentu. Secara istilah bioteknologi terdiri dari bio (hidup), teknos (penerapan), dan logos (ilmu), dapat didefinisikan ilmu yang menerapkan prinsip – prinsip biologi. Bioteknologi adalah teknologi yang berbasis pada organisme hidup, bioteknologi merupakan usaha terpadu dari berbagai disiplin ilmu seperti biokimia, mikrobiologi, teknik kimia, dan genetika, yang kemudian mengkristal menjadi suatu disiplin ilmu yang baru, dan Bioteknologi Farmasi adalah teknologi yang berbasis organisme hidup menghasilkan produk – produk – produk farmasi dalam jumlah besar yang sangat diperlukan dalam dunia kedokteran Salah satu bidang dalam Ilmu Bioteknologi adalah Proteomik dan Genomik. Dalam makalah ini akan dibahas mengenai pengertian proteomic dan genomic, pemisahan protei, analisis protein, interaksi protein, perkembangan proteomic dan genomic serta aplikasi Proteomik dan Genomik dalam bidang farmasi.
1.2
1.3
Tujuan
Untuk Mengetahui Pengertian dari Proteomik dan Genomik
Untuk Mengetahui Manfaat Proteomik dan Genomik dalam bidang Farmasi
Manfaat Makalah ini diharapkan mampu menambah wawasan mahasiswa Farmasi UIN Sarif
Hidayatullah Jakarta dalam ilmu Bioteknologi khususnya dalam bidang Proteomik dan Genomik serta pemanfaatannya dalam bidang Farmasi.
1
BAB II ISI 2.1 Proteomik Proteomik adalah studi skala besar protein, khususnya struktur dan fungsi. Protein adalah bagian penting dari organisme hidup, karena mereka adalah komponen utama dari jalur metabolisme fisiologis sel. Istilah "proteomik" pertama kali diciptakan pada tahun 1997 untuk membuat analogi dengan genomik, penelitian gen. Kata "proteome" adalah campuran dari "protein" dan "genom", dan diciptakan oleh Marc Wilkins pada tahun 1994 ketika bekerja pada konsep sebagai mahasiswa PhD. Proteome adalah komplemen seluruh protein, Sekarang diketahui bahwa mRNA tidak selalu diterjemahkan menjadi protein, dan jumlah protein yang dihasilkan untuk suatu jumlah tertentu tergantung pada mRNA gen itu ditranskripsi dari dan pada keadaan fisiologis saat ini sel. Proteomika menegaskan kehadiran protein dan menyediakan ukuran langsung dari jumlah ini. Para ilmuwan sangat tertarik di proteomik karena memberikan pemahaman yang lebih baik dari suatu organisme dari genomik. Pertama, tingkat transkripsi gen hanya memberikan perkiraan kasar dari tingkat ekspresi menjadi protein.
2.1.1 Pemisahan Protein Alat pemisahan yang baik terdiri dari dua dimensi gel elektroforesis, yang diciptakan pada tahun 1970. Sehebat-hebatnya teknik yang ada, tidak akan dapat memisahkan semua puluhan ribu protein dalam proteome manusia. Rata-rata gel 2-D dapat memisahkan hanya sekitar 2000 protein sedangkan menggunakan gel yang terbaik hanya bisa memisahkan sekitar 11000 protein. Masalah ini diperparah oleh kenyataan bahwa kinerja 2-D elektroforesis tidak dapat diprediksi. Masalah lainnya membran protein terlalu hidrofobik untuk larut dalam buffer yang digunakan dalam 2D elektroforesis, sehingga tidak bisa dilihat sama sekali. Akhirnya, banyak protein dalam jumlah kecil seperti dalam sel tidak dapat dideteksi oleh gel 2-D. Sebagian besar masalah ini sulit dipecahkan namun ilmuwan telah berusaha menangani masalah resolusi gel 2D dengan menganalisis kompartemen 2
selular yang berbeda secara terpisah misalnya mereka dapat memulai dengan inti atau bahkan subcompartment seperti nucleolus atau perakitan protein seperti kompleks pori nuklir. Penelitian proteomic saat ini mengharuskan protein untuk dipisahkan dalam skala besar. Alat terbaik yang tersedia untuk pemisahan protein adalah 2-D elektroforesis.
2.1.2 Analisis Protein Setelah protein dipisahkan dan dihitung, bagaimana mereka dianalisis? protein harus diidentifikasi dan metode terbaik yang tersedia sekarang ini seperti: setiap lokasi yang dipotong dari gel dan dibelah menjadi peptida dengan bantuan enzim proteolitik. Peptida ini kemudian dapat diidentifikasi dengan spektrometri massa.
Gambar diatas menggambarkan teknik yang popular dikenal dengan matrixassisted laser yang waktu desorpsi-ionisasi rumit dari time of flight (MALDI-TOF) sistem spektrometri massa. Dalam prosedur ini peptida ditempatkan pada matriks, yang menyebabkan peptida membentuk cystals. maka peptida pada matriks terionisasi dengan sinar laser dan peningkatan tegangan pada matriks digunakan untuk menembak ion menuju detektor. dengan asumsi semua ion hanya memiliki satu biaya, waktu untuk membuat ion mencapai detektor tergantung pada massanya. Massa yg tinggi, semakin lama waktu time of flight dari ion. Dalam spektrometer massa MALDI-TOF, ion-ion juga dapat dibelokkan dengan reflektor elektrostatik yang juga memfokuskan sinar ion. sehingga kita dapat menentukan massa dari ion untuk mencapai detektor kedua dengan presisi yang tinggi dan
3
massa ini dapat mengungkapkan komposisi kimia yang tepat dari peptida. jika seluruh urutan genom diketahui, kita tahu apa yang dibutuhkan protein, komputer dapat memberikan informasi dari spektrometer massa untuk mencocokkan setiap tempat di gel 2D dengan salah satu gen dalam genom, oleh karena itu dapat memprediksi urutan seluruh protein. Namun dengan mengetahui urutan protein tidak selalu memberi informasi tentang aktivitas protein, sehingga penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk menentukan aktivitas pada protein.
2.1.3 Interaksi Protein Kebanyakan protein bekerja dengan protein lain untuk menghasilkan suatu fungsi biologis, misalnya pada jalur transduksi sinyal. Banyak protein lain dari kompleks multiprotein besar berperan pada tugas spesifik, misal :
Ribosom sintesis protein
Proteasom degradasi protein
Beberapa teknik yang digunakan untuk analisa interaksi protein :
Analisis dua hibrid ragi Merupakan analisa tidak langsung menggunakan aktifasi gen reporter untuk mwngamati interaksi antara dua bagian aktifator transkripsi kimerik, namun teknik ini sering gagal untuk mendeteksi interaksi yang diketahui.
Protein microarrays
Protein microarrays dibuat dengan protin yang ditotolkan pada dua sisi berdampingan dan diperiksa dengan antibody α-GST (baris 1 dan 3)
Antibody α-GST dideteksi dengan fluoresens untuk menghasilkan titik merah. Intensitas fluoresens merah mengindikasikan jumlah protein di tiap titik.
4
Pada pemeriksaan baris ke 2 dan 4 dipasangkan dengan biotin yang dideteksi dengan streptavidin untuk tandas fluoresens hijau.
Hasilnya kalmodulin, protein yang terlibat pada banyak proses yang membutuhkan kalsium dan Liposom.
Kromatografi imunoafinitas diikuti spektrometri massa Langkah-langkahnya :
Memilih protein umpan yang mampu berinteraksi dengan protein yang lain. Protein umpan mewakili beberapa kelas yang berbeda, yakni protein kinase, protein fosfatase, dan protein yang berpartisipasi pada respon kerusakan DNA.
Pemurnian kompleks protein yang mengandung protein umpan dari ekstrak sel menggunakan kromatografi imunoaktifitas.
Pemisahan protein di dalam kompleks menggunakan SDS-PAGE
Identifikasi protein. Protein dipotong dari gel dan dicerna dengan tripsin, peptida yang dihasilkan dianalisis dengan spektrometri massa.
5
Gambar 1. Skema Kromatografi Imunoafinitas 2.2 Genomik
Tubuh kita terdiri dari sekitar seratus, juta, juta sel (100.000.000.000.000). Masing-masing sel memiliki satu set lengkap instruksi tentang bagaimana membuat sel-sel kita, komponen dan komponen milik komponen mereka. Instruksi ini disebut genom. Masing-masing dari kitamemiliki dua genom. Kita mendapatkan satu salinan genom dari masing-masing orang tua kita. Sebuah sel sperma (dari ayah) hanya memiliki satu salinan genom dan sel telur (dari ibu) juga hanya memiliki hanya satu salinan. Genom di setiap sperma atau sel telur adalah campuran dari genom ayah atau ibu. Pada saat pembuahan, sel sperma dan sel telur bergabung bersama untuk membuat sel yang berisi dua genom. Telur yang telah dibuahi kemudian memiliki satu set lengkap instruksi untuk membuat manusia baru. Studi tentang seluruh genome dari suatu organisme. Genome sendiri adalah keseluruhan informasi bahan genetik atau material yang diwariskan dari tetuanya kepada keturunannya yang ada pada suatu organism disebut Genomik. Genom kita terbuat dari bahan kimia yang disebut
6
DNA. Surat-surat DNA berdiri untuk asam deoksiribonukleat tapi itu tidak benar-benar penting. Yang penting adalah bentuk unik dari DNA. DNA berbentuk seperti tangga memutar. Bayangkan sebuah tangga yang terbuat dari karet. Jika Anda memegang bagian bawah tangga dengan tegas dan memutar tutupnya, bentuk yang akan Anda ciptakan adalah bentuk yang sama dengan DNA yang Anda miliki. Peneliti menyebut bentuk ini 'double helix'. DNA ditemukan pada tahun 1869 oleh Johann Friedrich Miescher, seorang ahli Biokimia dari Swiss yang bekerja di Tübingen, Germany. Miescher pertama kali mengekstrak dari sel-sel darah putih dan memperoleh campuran antara DNA dan protein-protein kromosom. Ekstrak berikutnya yang diperoleh adalah asam nukleat murni dari sperma ikan salmon. Uji kimiawi DNA tersebut menunjukkan bahwa DNA yang ditemukan Miescher bersifat asam dan banyak mengandung fosfor.
2.2.1 Materi Genetik (DNA dan RNA) Asam Nukleat
Adalah polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik . Satu unit monomer terdiri dari ketiga komponen dinamakan nukleotida terdiri atas tiga bagian yaitu : 1. Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin Yaitu basa nitrogen yang terikat pada atom C no 1 suatu molekul gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glikosidik. Ada dua macam basa nitrogen yang menyusun asam nukleat yaitu:
Basa pirimidin terdiri dari Thymine (T), cytosine (C ) dan Uracil (U).
2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa) Basa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu panda atom 7
C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H, sedangkan panda RNA atom C no 2 berikatan dengan OH. 3. Gugus fosfat Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan
fosfodiester antara
atom
karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. . Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif kuat.
Tiga
tahun
sebelum
Miescher
menemukan
DNA,
Gregor
Mendel
telah
mempublikasikan hasil percobaan perkawinan kacang ercis dan menghipotesiskan bahwa pewarisan genetik dikendalikan oleh unit factors, materi yang oleh para ahli genetika sekarang disebut gen. Gen adalah unit molekul DNA atau RNA dengan panjang minimum tertentu yang membawa informasi mengenai urutan asam amino yang lengkap suatu protein, atau yang menentukan struktur lengkap suatu molekul rRNA (RNA ribosom) atau tRNA (transfer RNA). Secara keseluruhan kumpulan gen-gen yang terdapat di dalam setiap sel individu organisme disebut sebagai genom. Dengan perkataan lain, genom suatu organisme adalah kumpulan semua gen yang dimiliki oleh organisme tersebut pada setiap selny. 8
Semua makhluk hidup memiliki DNA, dikemas ke dalam sel mereka. Dalam organisme kecil seperti bakteri, DNA melingkar ke dalam bungkusan kecil yang melingkar. Pada tumbuhan dan hewan, DNA erat dikemas ke dalam bundel, melilit rangka protein. Jika kita melihat DNA di bawah mikroskop, kadang-kadang kita bisa melihat bundel protein ini dan DNA, yang disebut kromosom. Jumlah DNA dan jumlah kromosom dalam sel organisme tergantung pada spesies asalnya. Manusia memiliki 46 kromosom (23 pasang), tetapi ikan mas memiliki 104 kromosom (52 pasang), sedangkan kacang kedelai memiliki 12 kromosom (6 pasang). Tabel. Jumlah kromosom pada genom beberapa spesies organisme eukariot : Spesies organisme
Jumlah kromosom haploid (n)
Eukariot sederhana Saccharomyces cerevisiae
16
Neurospora crassa
7
Chlamydomonas reinhardtii
17
Tumbuhan Zea mays
10
Triticum aestivum
21
Lycopersicon esculentum
12
Vicia faba
6
Sequoia sempivirens
11
Arabidopsis thaliana
5
Hewan avertebrata Drosophila melanogaster
4
Anopheles culicifacies
3
Asterias forbesi
18
Caenorhabditis elegans
6
Mytilus edulis
14
9
Vertebrate Esox lucius
25
Xenopus laevis
17
Gallus domesticus
39
Mus musculus
20
Felis domesticus
36
Pan tryglodites
24
Homo sapiens
23
2.2.2 Genom Manusia Genom manusia meliputi genom kromosom (informasi genetik yang terdapat di dalam inti sel) dan genom mitokondrial (informasi genetik yang ada di luar inti sel atau berada di sitoplasma).
2.2.3 Genom Inti Istilah genom inti (nuclear genome) pada eukariota mengacu pada informasi genetik berupa kromosom, di dalam inti sel. Genom inti pada manusia terdiri dari 3.200.000.000 nukleotida dari DNA. Genom inti tersusun dari 24 kromosom yang terdiri dari 22 autosom dan 2 kromosom sex yaitu X dan Y
10
2.2.4 Genom Mitokondria Genom mitokondria merupakan molekul DNA yang berbentuk sirkuler tertutup dan berada pada matriks mitokondria (organel yang memproduksi energi). Genom mitokondria berukuran 16.569 pasang basa dan ukurannya lebih kecil daripada genom int i (lihat gambar)
Genom mitokondria (mtDNA) terkemas lebih tertutup daripada genom inti, kecil dan kompak, serta tidak mempunyai intron. Genom mitokondria mempunyai 37 gen. Tiga belas (13) gen mengkode protein dalam respirasi kompleks, komponen biokimia penting dari mitokondria penghasil energi. Dua puluh empat (24) gen yang lain mengkode molekul RNA non-coding (22 tRNA dan 2 rRNA) yang dibutuhkan dalam ekspresi genom mitokondria.
2.2.5 Organisasi Genom Mitokondria Sebagian besar eukariot mempunyai genom mitokondria. Genom manusia bervariasi ukurannya dan kompleks, tidak bergantung kekompleksitasan organismenya. Semua organel genom merupakan molekul DNA sirkuler. Setiap genom mitokondria manusia berisi sekitar 10 molekul yang serupa, ada 8000 per sel dan tidak mempunyai intron. Genom mitokondria berisi gen pengkode rRNA non-coding dan beberapa komponen protein rantai respirasi, yang merupakan biokimia penting mitokondria.Genom yang lain juga mengkode tRNA, 11
protein ribosomal, dan protein yang terlibat dalam transkripsi, translasi dan transport protein lain ke dalam mitokondria dari sitoplasma.
2.2.6 Kode DNA Protein adalah blok bangunan untuk sebagian besar tubuh Anda. Dengan cara yang sama bahwa dinding yang sebagian besar terbuat dari batu bata, tubuh Anda sebagian besar terbuat dari protein. Kita berbicara tentang gen yang memiliki karakteristik yang berbeda. Misalnya, jika Anda mendengar tentang 'gen untuk warna mata', itu berarti bahwa gen kode untuk pigmen protein dalam iris masing-masing mata kita. Gen bisa datang dalam versi yang berbeda. Beberapa orang versi kode untuk protein yang membuat mata mereka terlihat biru sedangkan versi orang lain membuat protein yang membuat mata mereka tampak coklat. Penyusun protein adalah asam amino. Untuk membangun protein kita perlu membangun rantai panjang asam amino. Ada 20 jenis asam amino, sehingga ada banyak rantai protein yang berbeda yang bias kita bangun. Ahli biologi memberikan asam amino kode huruf, seperti untuk DNA. Ini jauh lebih mudah daripada menuliskan seluruh nama setiap waktu. Sebagai contoh, M adalah metionin, L adalah leusin, F adalah fenilalanin (karena P adalah prolin). Kode DNA menggunakan kelompok tiga 'huruf' untuk membuat makna. Ini berarti bahwa ketika sel membaca instruksi dikodekan dalam urutan DNA untuk membuat protein, sel membacanya tiga huruf pada suatu waktu. Sebagian kelompok tiga huruf - yang dikenal sebagai triplet atau kodon - kode untuk asam amino.
Karena ada empat huruf DNA yang berbeda (A, G, C dan T), ada 4 x 4 x 4 = 64 kombinasi yang berbeda yang dapat digunakan. Namun, karena hanya ada 20 jenis asam amino, beberapadari 64 kodon ini mengkode asam amino yang sama. Beberapa dari 64
12
kodon ini tidak mengkode untuk salah satu asam amino. Sebaliknya mereka memberikan tanda baca dan tata bahasa, seperti di mana sel harus memulai dan berhenti membaca urutan.
2.3 Perkembangan Proteomik dan Genomik Sejak awal abad ke-21, dunia kedokteran telah mengalami banyak revolusi, khususnya pada aspek epidemiologi molekular. Salah satu penemuan yang menjadi tonggak kemajuan ilmu medis adalah genomik. Genomik merupakan salah satu teknik biologi molekular yang dikembangkan dari teori ekspresi, regulasi, dan struktur gen dalam tubuh manusia. Awal genomika dimulai tahun 1977 dengan penelitian sekuensing DNA pertama kali oleh Fred Sanger, Walter Gilbert, dan Allan Maxamyang bekerja secara terpisah. Tim Sanger berhasil melakukan sekuensing seluruh genom Bakteriofag Φ-X174. Kemudian penelitian genomika berlanjut di tahun - tahun berikutnya dengan penelitian diantaranya tahun 1983 Perbanyakan (amplifikasi) DNA dapat dilakukan dengan mudah setelah Kary Banks Mullis menemukan Reaksi Berantai Polymerase (PCR); Tahun 1985 Alec Jeffreys menemukan teknik sidik jari genetik; Tahun 1989 Sekuensing pertama kali terhadap gen manusia pengkode protein CFTR penyebab cystic fibrosis; Tahun 1989 Peletakan landasan statistika yang kuat bagi analisis lokus sifat kuantitatif (analisis QTL) ; Tahun 1995 Sekuensing genom Haemophilus influenzae, yang menjadi sekuensing genom pertama terhadap organisme yang hidup bebas; Tahun 1996 Sekuensing pertama terhadap eukariota: khamir Saccharomyces cerevisiae; Tahun 1998 Hasil sekuensing pertama terhadap eukariota multiselular, nematoda Caenorhabditis elegans, diumumkan; Tahun 2001 Draf awal urutan genom manusia dirilis bersamaan dengan mulainya Human Genome Project; Tahun 2003 Proyek Genom Manusia (Human Genome Project) menyelesaikan 99% pekerjaannya pada tanggal (14 April) dengan akurasi 99.99% [1] Seiring berjalannya waktu, genomik dirasa masih kurang mampu menjawab proses kompleks dalam tubuh manusia yang terdiri atas kurang lebih 100.000 gen. Setiap gen dapat menghasilkan lebih dari satu jenis protein dengan fungsi yang beragam. Kombinasi jenis protein yang berbeda akan menghasilkan fungsi yang berbeda pula. Dalam hal ini, genomik tidak bisa
13
digunakan untuk memprediksi stuktur dan properti dinamis dari semua rangkaian protein tersebut. Oleh karena itu, muncullah istilah proteomik yang secara khusus mempelajari tentang struktur dan fungsi protein. Penelitian yang dilakukan oleh Akhter J dkk pada tahun 2009 menyebutkan bahwa proteomik sangat bermanfaat dalam kedokteran klinis untuk uji diagnostik dan prognosis, identifikasi target terapeutik, serta terapi penyakit tertentu. Proteomik telah terbukti dapat mendiagnosis penyakit infeksi seperti tuberkulosis. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi protein yang disekresikan secara in vitro pada proses isolasi klinis. Dua di antara protein yang ditemukan, yaitu rRv3369 and rRv3874, menunjukkan potensi tinggi sebagai antigen serodiagnosis dengan sensitifitas 60%-74% dan spesifisitas 96%97%. Kedua protein tersebut ternyata merupakan kandidat potensial untuk dasar tes skrining serum. Selain tuberkulosis, penyakit lain yang juga bisa didiagnosis melalui metode proteomik adalah SARS. Sebuah penelitian yang dilakukan oleh National Cancer Institute di Bethesda melaporkan bahwa proteomik bisa digunakan sebagai alat diagnostik kanker ovarium. Melalui metode penelitian case-control menggunakan serum dari 50 pasien kanker dan 50 subjek kontrol serta proses algoritma komputer, ditemukan adanya pola protein tertentu pada pasien kanker ovarium. Teknik analisis perbandingan pola protein juga pernah digunakan untuk mendeteksi kanker prostat. Dalam mengidentifikasi kasus kanker payudara, proteomik dapat digunakan dengan menggunakan Nipple Aspirate Fluid (NAF). Metode ini memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan teknik diagnosis lainnya karena non invasif serta relatif lebih murah dan mudah. Penelitian dari Schwartz SA dkk pada tahun 2005 yang melibatkan 108 subjek menemukan hasil yang lebih rinci. Bukan hanya menjadi penanda gejala keganasan, proteomik juga dapat menjadi indikator pertahanan ketahanan hidup pasien kanker neurologi. Peran proteomik tidak berhenti hanya pada tahap diagnosis penyakit, tetapi juga berlanjut hingga tahap terapi. Proteomik dapat memprediksi efikasi obat dan juga menjelaskan beberapa masalah teraupetik lainnya seperti resistensi obat. Pada beberapa kasus, permasalahan resistensi obat kadang disertai mekanisme yang tidak jelas. Akan tetapi, melalui proteomik kini data 14
mengenai genetik dan protein dari berbagai mikroorganisme telah tersedia dan dapat digunakan sebagai alat untuk mengetahui mekanisme resistensi terhadap obat. Selain itu, data mikroorganisme tersebut juga bisa dijadikan acuan dalam mengidentifikasi agen-agen baru yang mungkin bisa mengatasi resistensi. Berdasarkan manfaat-manfaat yang telah dihasilkan oleh proteomik, metode ini dapat menjadi sebuah arahan baru dalam dunia kedokteran klinis dan laboratorium. Namun, di sisi lain para peneliti terus berupaya menggali lebih dalam perihal teknik proteomik.
2.4 Aplikasi dan Manfaat Proteomik dan Genomik Berdasarkan jurnal Application of Genomics of Toxicology Research, aplikasi dari informasi ekspresi gen dan polimorfis memencakup 4 area dalam toksikologi yaitu : 1. Toxicity testing 2. Cross spesies extrapolation 3. Understanding mechanism of action 4. Dan susceptibility
Aplikasi Proteomic juga digunakan dalam : 1. Diagnosa kanker dibahas dalam jurnal From genomics to proteomics : techniques and applications in cancer research oleh Daniel B. Martin, et al tahun 2001 2. Diagnosa kanker juga dibahas pada jurnal Applications of proteomic techniques in cancer Research oleh Preeti Roy, et al tahun 2008. 3. Diagnosa penyakit diabetes dibahas pada jurnal Proteomic Identification of Salivary Biomarkers of Type-2 Diabetes oleh Paturi V. et al tahun 2009.
2.4.1 Human Genome Project Proyek genome manusia adalah program penelitian internasional yang bertujuan untuk memetakan secara lengkap dan memahami semua gen manusia. Tujuan utama dari proyek genom manusia adalah untuk memberikan urutan lengkap dan akurat dari 3 milyar pasangan basa DNA yang membentuk genom manusia dan untuk menemukan semua 15
dariperkiraan 20000 sampai 25000 gen manusia. Proyek ini juga bertujuan untuk mengurutkan genom beberapa organism lain yang penting untuk penelitian medis, seperti tikus dan lalat buah. Selain sequencing DNA, proyek genom manusia juga berusaha mengembangkan alat baru untuk dapat mengembangkan dan menganalisis data dan membuat informasi ini tersedia secara luas. Proyek genom manusia juga berkomitmen untuk mengeksplorasi konsekuensi dari penelitian genommelauli etika, hokum, dan social implikasinya. HGP telah menjadi usaha internasional untuk memahami struktur dan fungsi dari genom manusia. Banyak negara yang berpartisipasi sesuai dengan minat khusus mereka dan kemampuan . Koordinasi informal dan umumnya dilakukan ditingkat ilmuwan. Komponen AS dari proyek ini adalah disponsori oleh National Human Genome Research Institute di National Institutes of Health ( NIH ) dan Kantor Biologi dan Penelitian Lingkungan di Departemen Energi ( DOE ). HGP telah mendapatkan banyak manfaat dari
mitra
kontribusi internasional. Sektor swasta juga telah memberikan bantuan. Kolaborasi ini akan terus berlanjut, dan banyak yang akan berkembang. Keduanya, NIH dan DOE menyambut partisipasi dari semua pihak yang berkepentingan dalam pemenuhan tersebut tujuan utama HGP, yang adalah untuk mengembangkan dan mempercepat penelitian untuk meningkatkan kehidupan semua orang. Tujuan spesifik untuk tahun 1998 sampai dengan tahun 2003 Bagian berikut ini menguraikan delapan tujuan utama untuk HGP atas 5 tahun ke depan . Tabel 1 memberikan gambaran tentang fitur kuantitatif dari tujuan-tujuan baru dan membandingkannya dengan tujuan dari 1993. Informasi tentang prestasi dari 1993 gol juga disertakan. Gambar 1 menggambarkan dana HGP AS diterima sampai saat ini .
16
17
Ada beberapa tujuan Human Genome Project, yaitu : 1. Human DNA Sequence Menyediakan lengkap, urutan berkualitas tinggi genom manusia DNA untuk komunitas riset sebagai sumber data yang tersedia untuk publik terus menjadi tujuan prioritas tertinggi HGP itu. Perkembangan teknologi terbaru dan pengalaman dengan sequencing skala besar memberikan peningkatan kepercayaan bahwa akan mungkin untuk menyelesaikan akurat, urutan berkualitas tinggi genom manusia pada akhir tahun 2003, 2 tahun lebih cepat dibandingkan sebelumnya diperkirakan. Bar sekitar 6 % dari urutan genom manusia telah selesai sejauh ini (Gambar 2). Urutan selesai pada akhir tahun 2003 merupakan tantangan besar , tapi dalam jangkauan dan layak risiko dan usaha . Menyadari tujuan akan memerlukan upaya intens dan berdedikasi dan kelanjutan dan perluasan semangat kolaboratif urutan internasional masyarakat. Ketersediaan urutan manusia tidak akan berakhir perlunya sequencing skala besar. Interpretasi penuh urutan yang akan membutuhkan lebih banyak informasi urutan dari banyak organisme lain, serta informasi tentang variasi urutan pada manusia ( lihat jugaTujuan 3, 4, dan 5). Dengan demikian, pembangunan berkelanjutan , jangka panjang sekuensing kapasitas yang penting adalah tujuan dari HGP. Mencapai tujuan berikut ini akan membutuhkan kapasitas minimal 500 megabases ( Mb ) dari urutan per tahun selesai pada akhir 2003. Rencana Sequencing DNA : a) Selesai urutan genom manusia yang lengkap pada akhir 2003. b) Selesai sepertiga dari urutan DNA manusia pada akhir 2001. Dengan diantisipasi skala-up sekuensing kapasitas, seharusnya mungkin untuk memperluas
produksi
urutan
selesai
(Gambar
2
)
untuk
mencapai
penyelesaian 1 Gb urutan manusia oleh HGP seluruh dunia akhir tahun 2001 . c) Mencapai cakupan minimal 90 % dari genom dalam bekerja rancangan berdasarkan klon dipetakan pada akhir tahun 2001. Pada masyarakat saat ini, Strategi sequencing didasarkan pada klon dipetakan dan terjadi dalam dua fase. Yang pertama, atau "senapan" fase, melibatkan penentuan acak sebagian besar urutan dari klon dipetakan kepentingan. metode untuk melakukan hal ini sekarang sangat otomatis dan efisien. senapan dipetakan dirakit menjadi 18
produk ("bekerja draft" urutan) yang meliputi sebagian besar daerah bunga tapi masih mungkin berisi kesenjangan dan ambiguitas. Kedua, finishing phase, kesenjangan diisi dan perbedaan diselesaikan . Saat ini, tahap finishing lebih banyak tenaga kerja intensif daripada fase senapan d) Membuat urutan total dan bebas diakses . HGP dimulai karena pendukungnya percaya bahwa urutan manusia seperti sumber daya ilmiah berharga yang harus dibuat benar-benar dan secara terbuka dan tersedia untuk semua orang yang ingin menggunakannya . Hanya ketersediaan luas dan sumber daya yang unik maksimal akan merangsang penelitian yang pada akhirnya akan meningkatkan kesehatan manusia.
2. Teknologi Sekuensing Teknologi sekuensing DNA telah meningkat secara dramatis sejak proyek genom dimulai. Jumlah urutan yang diproduksi setiap tahun terus meningkat, kini pusat individu memproduksi puluhan juta pasangan urutan basa pertahun. Teknologi sekuensing jauh lebih efisien akan dibutuhkan dari pada yang tersedia saat ini. Selain itu, penelitian harus didukung dengan teknologi baru yang akan membuat throughput DNA yang lebih tinggi, sekuensing yang efisien, akurat , dan hemat biaya ,sehingga memberikan dasar untuk alat analisis genom canggih lainnya. Kemajuan harus dicapai dalam tiga bidang : a. Terus meningkatkan throughput dan mengurangi biaya urutan teknologi saat ini. b. Dukungan penelitian tentang teknologi baru yang dapat menyebabkan perbaikan yg signifikan dalam teknologi sekuensing. c. Mengembangkan metode yang efektif untuk memajukan pengembangan dan pengenalan teknologi sekuensing baru ke proses sekuensing.
3.
Urutan Variasi Genom Manusia Variasi urutan alami adalah properti fundamental dari semua genom. Setiap dua
genom manusia haploid menunjukkan beberapa situs dan jenis polimorfisme. Beberapa memiliki implikasi fungsional. Polimorfisme yang paling umum dalam 19
genom manusia perbedaan pasangan basa tunggal, juga disebut polimorfisme nukleotida tunggal (SNP). Jenis lain dari variasi urutan, seperti perubahan nomor copy, pemasukan, delesi, duplikasi, dan penyusunan ulang juga ada, tetapi pada frekuensi rendah dan distribusinya kurang dipahami. Informasi dasar tentang jenis, frekuensi, dan distribusi polimorfisme dalam genom manusia dan populasi manusia sangat penting untuk kemajuan dalam genetika manusia. SNP yang melimpah, stabil, didistribusikan secara luas di seluruh genom, dan meminjamkan diri untuk analisis otomatis pada skala yang sangat besar, misalnya, dengan teknologi DNA array. Karena sifat ini, SNP akan menjadi keuntungan untuk pemetaan sifat kompleks seperti kanker, diabetes, dan penyakit mental. Ketersediaan awal rancangan kerja genom manusia sangat harus memfasilitasi penciptaan padat peta SNP. a. Mengembangkan teknologi yang cepat, identifikasi berskala besar atau penilaian, atau keduanya, dari SNP dan varian urutan DNA lain. b. Mengidentifikasi varian umum di daerah pengkodean mayoritas gen yang diidentifikasi selama periode 5 tahun. c. Buat peta SNP minimal 100.000 penanda. d. Mengembangkan landasan intelektual untuk studi variasi urutan. e. Menciptakan sumber daya publik sampel DNA dan garis sel.
4. Teknologi untuk Genomics Fungsional Ketersediaan seluruh sekuens genom yang memungkinkan pendekatan baru untuk biologi sering disebut fungsional genomik-penafsiran fungsi sekuen DNA pada skala genom. Metode saat ini untuk mempelajari fungsi DNA pada skala genom meliputi perbandingan dan analisis pola urutan langsung untuk menyimpulkan fungsi, analisis skala besar dari messenger RNA dan protein produk gen, dan berbagai pendekatan untuk gangguan gen. Karakterisasi skala besar dari transkrip gen dan protein produk mendasari analisis fungsional mereka. Oleh karena itu, mengidentifikasi dan sequencing serangkaian panjang cDNA lengkap yang mewakili semua gen manusia harus menjadi prioritas tinggi. 20
a. Mengembangkan sumber daya cDNA. b. Mendukung penelitian tentang metode untuk mempelajari fungsi urutan non protein-koding. c. Mengembangkan teknologi untuk analisis komprehensif ekspresi gen. d. Meningkatkan metode untuk mutagenesis genome. e. Mengembangkan teknologi untuk analisis protein secara global.
5. Perbandingan Genomik Karena semua organisme terkait melalui pohon evolusi yang sama, studi satu organisme dapat memberikan informasi berharga tentang orang lain. Sebagian besar kekuatan genetika molekuler muncul dari kemampuan untuk mengisolasi dan memahami gen dari satu spesies berdasarkan pengetahuan tentang gen terkait di spesies lain. Perbandingan antara genom yang jauh terkait memberikan wawasan yang universal
mengenai
mekanisme
biologis
dan
cara
mengidentifikasi
model
eksperimental untuk mempelajari proses yang kompleks. Perbandingan antara genom yang terkait erat memberikan wawasan yang unik ke dalam rincian struktur dan fungsi gen. Dalam rangka untuk memahami genom manusia sepenuhnya, analisis genomik pada berbagai organisme model erat dan jauh terkait satu sama lain harus didukung. Sekuensing genom E. coli dan S. cerevisiae, dua dari lima model organisme yang ditargetkan dalam rencana 5-tahun pertama, telah selesai. Ketersediaan urutan ini telah menyebabkan penemuan banyak gen baru dan elemen fungsional lainnya dari genom. Ini telah memungkinkan ahli biologi untuk berpindah dari mengidentifikasi gen studi sistematis untuk memahami fungsi mereka. Penyelesaian dari urutan DNA dari organisme model yang tersisa, C. elegans, D. melanogaster, dan tikus, terus menjadi prioritas tinggi dan harus dilanjutkan secepat sumber daya yang tersedia memungkinkan.
Model
organisme
tambahan
akan
perlu
dianalisis
untuk
memungkinkan manfaat penuh dari genomik komparatif untuk direalisasikan. Kebutuhan yang sedang berlangsung ini adalah alasan utama untuk peningkatan kapasitas sekuensing yang berkelanjutan. 21
a.
Melengkapi urutan genom C. elegans pada tahun 1998.
b.
Melengkapi urutan genom Drosophila tahun 2002.
c.
Genom tikus.
d.
o
Mengembangkan sumber daya fisik dan pemetaan genetik.
o
Mengembangkan sumber daya tambahan cDNA.
o
Lengkapi urutan genom tikus tahun 2005.
Mengidentifikasi organisme model lainnya yang dapat membuat kontribusi besar untuk memahami genom manusia dan mendukung penelitian genom yang tepat.
6. Etika, Hukum, dan Implikasi Sosial Kemajuan dalam pemahaman tentang genetika manusia dan genomik akan memiliki implikasi penting bagi individu dan masyarakat. Pemeriksaan terhadap etika, hukum, dan implikasi sosial dari penelitian genom, merupakan komponen integral dan penting dari HGP. Dalam kerjasama yang unik, ilmuwan biologi dan sosial, profesional kesehatan, sejarawan, ahli hukum, dan lain-lain berkomitmen untuk mengeksplorasi isu-isu ini sebagai proyek yang sedang berlangsung. Program Elsi telah menghasilkan sebuah badan substansi beasiswa di bidang privasi dan penggunaan informasi genetik, integrasi yang aman dan efektif terhadap informasi genetik dalam pengaturan klinis, isu-isu etis disekitar penelitian genetika, dan pendidikan profesional dan publik. Hasil penelitian ini telah digunakan untuk menuntun pelaksanaan penelitian genetik dan pengembangan terkait kebijakan kesehatan profesional dan masyarakat. Program Elsi juga mendorong pemeriksaan masalah serupa di daerah lain dari ilmu biologi dan medis. Kesuksesan dari program Elsi akan memerlukan perhatian terhadap tantangan baru yang disajikan oleh kemajuan pesat dalam genetika dan aplikasinya. Proyek genom semakin dekat untuk menyelesaikan urutan genom manusia pertama dan mulai mengeksplorasi variasi urutan manusia dalam skala besar, hal itu akan menjadi penting bagi para ilmuwan biomedis, peneliti Elsi, dan pendidik untuk memusatkan perhatian pada etika, hukum, dan implikasi sosial terhadap perkembangan bagi individu, keluarga, dan masyarakat. 22
Tujuan utama Elsi selama 5 tahun ke depan adalah: a. Pemeriksaan isu seputar penyelesaian urutan DNA manusiadan studi variasi genetik manusia. b. Pemeriksaan isu yang diangkat oleh integrasi teknologi genetika dan informasi pelayanan kesehatan dan kegiatan kesehatan masyarakat. c. Pemeriksaan isu yang diangkat oleh integrasi pengetahuan tentang genomik dan interaksi gen-lingkungan dalam pengaturan nonklinik d. Mengeksplor tentang cara di mana pengetahuan genetika baru dapat berinteraksi dengan berbagai vriasi perspektif filosofis, teologis, dan etis. e. Mengeksplor bagaimana faktor-faktor sosial ekonomi dan konsep ras dan etnis mempengaruhi penggunaan, pemahaman, dan interpretasi informasi genetika, pemanfaatan layanan genetika, dan pengembangan kebijakan.
7. Bioinformatika dan Komputasi Biologi Dukungan bioinformatika penting untuk pelaksanaan proyek-proyek genom dan untuk akses publik output mereka. Kebutuhan bioinformatika untuk proyek genom terbagi dalam dua bidang: (i) database dan (ii) pengembangan alat-alat analisis. Pengumpulan, analisis, penjelasan, dan penyimpanan jumlah yang semakin meningkat dari pemetaan, spengurutan, dan ekspresi data dalam akses publik, database yang user-friendly sangat penting bagi keberhasilan proyek. Selain itu, masyarakat membutuhkan metode komputasi yang akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengekstrak, melihat, menerangkan, dan menganalisis informasi genom secara efisien. Dengan demikian, proyek genom harus terus berinvestasi secara substansial dalam bidang ini. Konservasi sumber daya melalui pengembangan perangkat lunak portabel harus didorong. a. Meningkatkan konten dan utilitas database. b. Mengembangkan alat yang lebih baik untuk generasi data, menangkap, dan penjelasan. c. Mengembangkan dan meningkatkan alat dan database untuk studi fungsional lengkap.
23
d. Mengembangkan dan meningkatkan alat untuk mewakili dan menganalisis kesamaan urutan dan variasi. e. Membuat mekanisme untuk mendukung pendekatan yang efektif untuk produksi yang kokoh, perangkat lunak yang dapat diekspor sehingga dapat secara luas dibagi.
8. Pelatihan Di masa lalu, proyek genom memiliki manfaat yang sangat besar dari bakat ilmuwan nonbiological, dan partisipasi mereka di masa depan mungkin akan lebih penting. Ada kebutuhan mendesak untuk melatih para ilmuwan lainnya di daerah interdisipliner untuk dapat berkontribusi terhadap genomik. Berbagai program harus dikembangkan untuk mendorong pelatihan kedua ilmuwan biologi dan nonbiologi untuk karir dalam bidang genomik, terutama mengenai kekurangan orang yang terlatih dalam bioinformatika. Dibutuhkan pula ilmuwan yang dilatih dalam keterampilan manajemen yang diperlukan untuk memimpin upaya memproduksi data dalam skala besar. Kebutuhan lain yang mendesak adalah bagi para sarjana yang dilatih untuk melakukan studi tentang dampak sosial dari penemuan genetik. Sarjana tersebut harus memiliki pengetahuan terkait ilmu genom – dan ilmu sosial. Pada akhirnya, lingkungan akademik yang stabil dalam ilmu genomik harus diciptakan sehingga penelitian inovatif dapat dipelihara dan dapat menjamin pelatihan orang baru. Yang terakhir adalah tanggung jawab sektor akademis, tetapi lembaga donor juga dapat mendorong melalui program yang mereka berikan. a. Memelihara pelatihan keterampilan ilmuwan dalam penelitian genomik b. Mendorong terbentuknya jalur karir akademik untuk ilmuwan genom. c. Meningkatkan jumlah sarjana yang memiliki pengetahuan di kedua ilmu genomik dan genetik dan dalam etika, hukum, atau ilmu-ilmu sosial.
24
BAB III Penutup
3.1 Kesimpulan
Proteomik dan Genomik adalah
25
DAFTAR PUSTAKA Daniel B. Martin, et al.2001. From genomics to proteomics:trchniques and applications in cancer research. Preeti Roy, et al.2008. Applications of proteomic techniques in cancer Research. Thomas, S Russell.2002. Application of Genomics of Toxicology Research. V. Paturi, et al. 2009. Proteomic Identification of Salivary Biomarkers of Type-2 Diabetes New Goals for the U.S. Human Genome Project:1998-2003.Science vol 282.1998 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/
26
