Bioinformatic of aquaculture

MERUBAH BETINA MENJADI JANTAN pada IKAN NILA

Ada beberapa cara untuk dapat meningkatkan mutu ikan nila diantaranya adalah pemilihan induk unggul yang diperoleh dengan, manipulasi kromosom atau dengan cara sex reversal untuk mendapatkan bibit monosex.

Memproduksi benih monosex artinya memproduksi ikan dengan satu jenis kelamin yaitu jantan atau betina saja. Hal ini didasarkan pada pola pertumbuhan ikan yang berbeda antara ikan jantan dan betina. Pada ikan nila pertumbuhan ikan jantan lebih cepat dibandingkan ikan betina, jantan berumur 3-4 bulan dapat mencapai berat rata-rata 150 gr /ekor, sedangkan betina hanya 100 gram/ekor. Ini berarti pertumbuhan jantan 30% lebih cepat dibandingkan betina. Sehingga dengan hanya memproduksi benih ikan jantan saja dapat meningkatkan produksi dari usaha pembesaran ikan nila.

Hormon Metiltestoteron merupakan hormon androgen sintetis. Hormon ini sudah banyak digunakan untuk mendapatkan benih ikan monosex jantan seperti pada, ikan Cupang, ikan Tetra Kongo (Zairin, 2002) dan ikan Lauhan (Handajani dan Santoso, 2004). Untuk ikan nila hormon Metiltestoteron dengan dosis 5 mg/l dapat menghasilkan 90% benih nila jantan (Handajani, 2006) dan membutuhkan waktu perendaman 5 jam . Tetapi hasil tersebut tidak maksimal,. Hal ini disebabkan belum didapatkan data tentang umur larva ikan nila yang tepat untuk menghasilkan benih monosex jantan yang maksimal, sehingga perlu dilakukan penelitian tentang “Perendaman Hormon Metiltestoteron pada Larva Ikan nila (oreochromis niloticus). Pembentukan Monosex Jantan berhasil apabila tergantung dari umur ikan nila telah diketahui terlebih dahulu.

BIOINFORMATIKA DI BIDANG BUDIDAYA PERAIRAN

Bioinformasi adalah memberikan informasi mengenai informasi-informasi genetik yang ada di seluruh dunia. bioinformasi ini merupakan salah satu perkembangan dari teknologi modern, yaitu kombinasi antara teknologi komputasi dan informasi-informasi genetik. Dalam hal ini, bioinformasi berperan dalam memberikan data sekunsing molekul DNA yang nantinya akan digunakan oleh para peneliti yakni dengan menggunakan analisis BLAST yang dihubungkan langsung pada bank gen dunia.

                 KLONING cDNA HORMON PERTUMBUHAN IKAN GURAME

  Hormon pertumbuhan ( growth hormone, GH) merupakan salah satu hormon yang disekresikan oleh somatotrof dari kelenjar pituari. GH memiliki peran penting dalam pengaturan pertumbuhan dan perkembangan dengan cara mendukung proses pembelahan, diferensisasi dan pembesaran ukuran sel. Pentingnya GH sebagai sebuah agen pengatur pertumbuhan dan potensi Aplikasinya dalam industri perikanan budidaya ikan membuat riset tentang GH banyak dilakukan terakhir ini. Pemberian GH pada ikan banyak dilakukan terakhir ini. Pemberian GH pada ikan akan memberikan respon tersendiri terhadap masing-masing jenis ikan.

         Sebagai ikan konsumsi bernilai ekonomis tinggi, ikan gurame dapat dijadikan prospek dalam budidaya ikan. Namun ikan air tawar ini memiliki pertumbuhan yang lambat. Pertumbuhan yang relatif lambat merupakan salah satu masalah utama pengembangan budidaya ikan gurame, yang diduga sebagai konsekuensi langsung dari laju pertumbuhan somatik yang rendah. Melihat potensi yang besar sebagai ikan ekonomis tinggi, maka dalam jurnal ini penelitian yang dilakukan bertujuan untuk memperoleh sekuen DNA Komplemen (cDNA) hormon pertumbuhan sebagai langkah awal dalam rangka pengembangan teknologi rekayasa genetika ikan gurame dan untuk mengetahui pola distribusi dan ontogeni ekspresi gen GH ikan gurami.

          Dalam penelitian ini digunakan beberapa metode, yaitu :

1. Ekstraksi RNA total dari kelenjar Hipofisa

2. Sintesis cDNA

3. Amplifikasi PCR

4. Purifikasi Fragmen DNA dari gel

5. Ligasi Produk PCR dengan Vektor Kloning

6. Transformasi dan inkubasi bakteri

7. Seleksi koloni Bakteri putih dan pembuatan master plate

8. Isolasi plasmid

9. Sekuensing dan Analisis Sekuens

           Secara sederhana metode yang digunakan pada penelitian, intinya adalah untuk melakukan kloning cDNA hormon pertumbuhan ikan gurami dapat dilakukan dengan cara yaitu mengambil kelenjar hipofisa ikan gurami untuk diambil ekstrak total RNA, kemudian dilakukan sintesis cDNA untuk mendapatkan produk cDNA keseluruhan, selanjutnya dilakukan beberapa kali proses sehingga didapat produk cDNA GH murni. Setelah mendapatkan cDNA yang diinginkan  kemudian dilakukan penanaman cDNA GH tersebut pada plasmid bakteri E.colli. Penginjeksian kedalam plasmid E.colli bertujuan agar bakteri tersebut membawa sifat genetik dari cDNA GH yang akan diberikan ke benih ikan gurami.

            Setelah melakukan penginjeksian menggunakan media tertentu, tahap selanjutnya dilakukan seleksi koloni bakteri putih dimana koloni tersebut diduga sebagai pembawa cDNA hormon pertumbuhan, kemudian dilakukan isolasi plasmid sebagai bahan sekuen untuk mengetahui susunan nukleotida cDNA GH ikan gurami. Sekuensing ini menggunakan analisis BLAST dari Bank gen dunia yang merupakan salah satu fasilitas Bioinformasi berbasis teknologi. Hasil sekuensing menunjukan bahwa cDNA GH guramemempunyai ukuran 843 bp yang menyandikan 204 asam amino tertentu, dapat diketahui pula bahwa hormon pertumbuhan ikan gurami memiliki sekuen nukleotida yang mirip dengan ikan lain seperti ikan sepat, ikan kerapu, ikan nila, ikan mujair, ikan salmon, dan ikan mas. Ternyata susunan nukleotida GH ikan sepatt memiliki kemiripan yang sangat erat dengan ikan gurame , hal ini juga menunjukan bahwa tingkat ekerabatan ikan sepat dan ikan gurame begitu erat.

BIOINFORMATIKA

Bioinformatika ini merupakan salah satu ilmu terapan yang lahir dari perkembangan teknologi informasi di bidang molekuler, mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisa informasi hayati. Bidang ini mencakup penerpan metode-metode matematika, statistika, dan informasi untuk memecahkan masalah-masalah biologi, terutama yang terkait dengan penggunaan sekuen DNA dan asam amino. 

Menurut sejarahnya, bioinformatika pertmakali dikemukaan pada pertengahan tahun 1980-an untuk mengacu pada penerapan teknologi informasi dalam bidang biologi. Namun sejak tahun 1960-an, penerapan bioinformatika pada bidang-bidang tertentu telah dilakukan seperti pembuatan pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuen biologi. 

Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat terjadi pada pertengan tahun 1970an, yang menyebabkan terjadinya ledakan informasi jumlah sekuen DNA yang diungkap (1980-1990). Kemajuan ini menjadi pembuka jalan bagi kelompok-kelompok proyek pengungkapan genom yang meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuen DNA, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika. Berkat penemuan  ini lahirlah perusahaan bioteknologi pertama di dunia, yaitu Genentech di AS, yang kemudian memproduksi protein hormon insulin dalam bakteri, yang dibutuhkan penderita diabetes.

Bagaimana Hubungannya dengan Bidang Budidaya Perikanan????

Dalam budidaya pastinya kita menginginkan hasil panen yang maksimal dengan kualitas baik, terkadang ada beberapa masalah yang kerap dihadapi oleh pembudidaya, dimana ikan yang dibudidayakan berukuran kecil dan tidak seragam, rentan penyakit serta mulai punahnya ikan-ikan tertentu. Selain dari faktor eksternal ikan itu sendiri, namun ada faktor internal yang mempengaruhi ikan tersebut, yakni DNA-nya yang berdampak pada sifat genetik ikan.  

Sebagai makhluk hidup, ikan juga mempunyai struktur DNA tertentu yang diturunkan oleh induknya. Gen, sebagai pembawa sifat akan mempengaruhi tingkah laku ikan, berupa cara makan, daya tahan tubuhnya, dan lain sebagainya. Untuk mengetahui karakteristik DNA-nya perlu dilakukan sekuensing DNA dengan memanfaat perkembangan teknologi yakni Bioinformatika.

Dengan Bioinformatika, kita bisa mengetahui sekuen DNA pada ikan untuk mengolah dan merekayasanya dengan tujuan mendapatkan kualitas unggul. Dengan bioinformatika juga kita bisa mengembalikan kondisi dimana ikan telah mengalami pergeseran genetik akibat pengaruh lingkungan, yang nantinya akan menyebabkan kepunahan, salah satunya dengan cara rekayasa genetik.

Nah... sebagai contoh nih, ada seorang ilmuan IPB yang berhasil merekayasa genetik ikan betok dengan metode transgenik agar lebih cepat berkembang biak. menurut ceritanya sih, ikan betok ini sudah mulai langka diperairan tawar. Menurut ilmuan ini yang namanya Alimuddin, ikan betok saat ini sulit ditemukan, dulu ikan betok bisa didapat hingga bobotnya 250 gram, namun kini yang ada berbobot 70-100 gram.

Pengenalan NCBI

1. Searching dan Browsing Data Base

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.

Tujuan:

1. Untuk mempelajari cara mencari dan mendapatkan data dari genebank

Berikut merupakan langkah-langkah untuk mencari dan mendapatkan data dari genbank, misalnya untuk mencari sekuen insulin (INS)

1.             Ketikkan http://www.ncbi.nlm.nih.gov pada location bar pencarian

 

2. Pilih preferensi pencarian yang digunakan (pada contoh ini dipilih nucleotide) dan ketikkan juga molekul yang ingin dicari sebagai kata kunci pencarian (pada contoh ini diketikkan IGF1R) dan diketik GO

3. Muncul berbagai pilihan sekuens yang berkaitan dengan IGF1R dan dipilih (dengan cara mengklik kode) sekuens sesuai kebutuhan. Sekuens dengan kode awal NM menunjukkan sekuens nukleotida sedangkan NP menunjukkan sekuens protein. Pada contoh ini dipilih kode NM_000875 dari Homo sapiens

         

4. Kursor di scroll ke bawah sampai diperoleh sekuens protein IGF1R. Sekuens yang dibutuhkan untuk program BLAST adalah CDS, oleh sebab itu sekuens pada CDS dicopy.

          

Cara lain dalam searching dan browsing data dari Gen Bank

1. Pilih preferensi pencarian yang digunakan (pada contoh ini dipilih nucleotide) dan ketikkan juga molekul yang ingin dicari sebagai kata kunci pencarian (pada contoh ini diketikkan INS) dan diketik GO

2.      Muncul berbagai pilihan sekuens yang berkaitan dengan INS dan dipilih (dengan cara mengklik kode) sekuens sesuai kebutuhan. Sekuens dengan kode awal NM menunjukkan sekuens nukleotida sedangkan NP menunjukkan sekuens protein.

3.      Berdasarkan pulihan tersebut maka akan diperoleh tampilan sebagai berikut

4.      Pada tampilan tersebut discroll ke bawah maka akan diperoleh tampilan berikut. Terdapat beberapa kode yaitu NM dan NP. NM menunjukkan kode untuk memperoleh informasi mengenai nukleotida, sedangkan NP menunjukkan kode untuk memperoleh informasi mengenai protein.

5.      Diklik link FASTA untuk memperoleh sekuen nukleotida dari INS dalam bentuk FASTA

6. Format FASTA yang diperoleh adalah sebagai berikut.

7.             Apabila diklik kode NM dan Gen Bank, maka akan diperoleh informasi mengenai sekuen nukleotida, sebagai berikut

b. Analisis Alligment

Sekuen yang diperoleh dari hasil penelitian di laboratorium dapat dianalisis dengan data serupa yang telah dipublikasikan sebelumnya di gen bank. Salah satu bentuk analisis yang dapat dilakukan misalnya adalah anlisis penyejajaran. Analisis penyejajran dapat digunakan untuk membandingkan dua sekuen atau lebih. Program yang digunakan untuk analisis penyejajaran yaitu program BLAST (Basic Local Allignment Search Tools). Program ini dapat diakses melalui website National Center for Biotechnology Information at The National Library of Medicine in Washington, DC (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST).

Tujuan:

1. Untuk menganalisa data sekuens menggunakan program BLAST

Langkah-langkah menggunakan BLAST ditunjukkan pada alur metode berikut, pada contoh kali ini digunakan molekul INS dari Homo sapiens dan Mus musculus:

1.             Buka halaman awal NCBI dan pilih BLAST seperti pada tampilan berikut.

2.             Setelah memilih program BLAST maka akan muncul tampilan sebagai berikut.

3.             Pada tampilan tersebut, terdapat beberapa pilihan penyejajaran, antara lain program BLAST untuk nukleotida dan untuk protein. Pada modul ini deberikan contoh BLAST untuk nukleotida dari INS Homo sapiens dan Mus musculus. (Pencarian sekuen mengikuti langkah-langkah sebelumnya)

4.             Klik kolom Allign two or more sequences untuk membandingkan 2 sekuen nukleotida. Kemudian dimasukkan sekuen yang ingin dibandingkan pada kolom yang telah tersedia. Sekuen yang dimasukkan harus dalam format FASTA.

5.             Setelah sekuen dimasukkan diklik tanda BLAST pada bagian bawah, maka akan diperoleh tampilan sebagi berikut.

6.             Pada tampilan tersebut terdapat suatu skala yang menunjukkan tingkat kesamaan sekuaen yang dibandingkan. Berdasarkan hasil tampilan tersebut terdapat suatu garis berwarna merah, hal ini menunjukkan bahwa kedua sekuen tersebut memiliki urutan yang sangat mirip yaitu lebih dari 200 nukleotida. Apabila discroll maka akan diperoleh tampilan sebgai berikut.

c. Desain Primer PCR (Polimerase Chain Reaction)

PCR melibatkan tiga langkah berikut: denaturasi, annealing dan ekstensi. Pertama, materi genetik (DNA) didenaturasi, mengubah untai ganda molekul DNA menjadi untai tunggal. Kedua, Primer kemudian mengikat ke DNA komplementer nya (annealing). ketiga, DNA akan digandakan/diperpanjang oleh DNA polimerase. Semua langkah ini sangat tergantung dengan suhu/ suhu sensitif yang pada umumnya terjadi berkisar pada suhu 94^o C (denaturasi), 60^o C (analling) dan 72^o C (elongasi). Desain primer yang baik sangat penting untuk keberhasilan reaksi PCR.

Tujuan:

1. Untuk mempelajari cara dan mendapatkan desain primer dari genbank

Berikut langkah-langkah mendesain primer menggunakan NCBI

1. Buka website genbank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/

2. Memasukkan urutan DNA dalam bentuk FASTA ke dalam kolom yang telah disediakan, pada bagian akhir diklik GET PRIMER

3.    Desain primer juga dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut, setelah diperoleh data nukleotida dari genbank (misal INS), untuk mempeoleh desain primer dari sekuen nukleotida tersebut dapat dilakukan dengan memilih Analyze This Sequence>Pick primer, seperti tampilan berikut.

4.    Hasil dari pemilihan tersebut adalah halaman untuk mengisikan karakter-karakter primer yang diharapkan, kemudian pada bagian akhir diklik GET PRIMER.

5.    Tampilan yang diperoleh adalah beberapa alternatif desain primer sebagai berikut.

Analisis Struktur Protein

Beberapa sekuens protein memiliki motif asam amino yang membentuk struktur terkarakteristik. Prediksi struktur tersebut berasal dari sekuens yang tersedia. Kebanyakan metode yang digunakan untuk membuat struktur protein dua dimensi maupun tiga dimensi tersebut hanya memiliki tingkat akurasi 70-75 %. Namun akurasi tersebut dapat meningkat seiring dengan semakin banyaknya penelitian yang dilakukan di bidang bioinformatika.

Tujuan:

1. Untuk mempelajari cara dan mendapatkan data struktur 3D protein dari genbank

2. Menganalisa struktur 3D protein menggunakan program Pymol

Berikut adalah salah satu cara untuk mensearching gambar struktur 3D protein dari salah satu situs gene bank. 

1. Buka halaman utama website NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) dan dipilih preferensi pencarian yang digunakan pada kolom Resource, kedudian dipilih Domain & Structure.

2. Selanjutnya pada pilihan display dipilih 3D Domain Database

3.         Selanjutnya ketikkan molekul yang ingin dicari sebagai kata kunci pencarian (pada contoh ini diketikkan INS) dan diklik GO

4. Dipilih gambar protein 3D target dengan mengklik kode gambar. Pada contoh dipilih gambar dengan kode 2W44

5. Selanjutnya akan muncul gambar 3D yang dicari disertai dengan informasi yang mendukung. Selanjutnya diklik PDB ID untuk memperoleh gambar 3D dalam format file PDB.

6. Dipilih download file untuk menyimpan struktur 3D protein yang diperoleh. Namun untuk membuka struktur yang telah diperoleh, komputer atau laptop yang digunakan harus sudah terinstal software Pymol.

7. File 3D protein yang telah diperoleh dengan program Pymol yang telah diinstal sebelumnya selanjutnya dibuka, dengan cara klik kanan pada file PDB yang diperoleh, dipilih Open with, selanjutnya di pilih Pymolwin. Maka akan diperoleh tampilan sebagi berikut.

8.         Agar tampilan yang diperoleh lebih menarik dan mudah dianalisis, dapat diubah dengan cara klik pada tombol S (kanan atas), dipilih as selanjutnya dipilih cartoon. Berikut merupakan tampilan struktur protein yang diperoleh.