Tugas Softskill - Komputasi Biologi

A. Pengertian dan Sejarah Komputasi

Komputasi diartikan sebagai cara untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma. Teknologi komputasi adalah aktivitas penggunaan dan pengembangan teknologi komputer, perangkat keras, dan perangkat lunak komputer. Ia merupakan bagian spesifik komputer dari teknologi informasi. Konsep dasar arsitektur komputer modern adalah konsep sebuah sistem yang menerima intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah memory. Konsep ini pertama kali digagasi oleh John Von Neumann. Beliau di lahirkan di Budapest, ibukota Hungaria pada 28 Desember 1903 dengan nama Neumann Janos. Karya – karya yang dihasilkan adalah karya dalam bidang matematika, teori kuantum, game theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer. Beliau juga merupakan salah seorang ilmuwan yang sangat berpengaruh dalam pembuatan bom atom di Los Alamos pada Perang Dunia II lalu. Kepiawaian John Von Neumann teletak pada bidang teori game yang melahirkan konsep automata, teknologi bom atom dan komputasi modern yang kemudian melahirkan komputer.

Dalam kehidupan sehari-hari pengimplementasian komputasi modern diterapkan pada teknologi mobile computing. Salah satunya dengan menggunakan PDA, “PDA” (Personal Digital Assistant) pertama kali dikenalkan untuk menggantikan organizer konvensional (agenda). Dimana dulu orang menggunakan agenda untuk mencatat semua jadwal aktivitas, nomor telepon, atau untuk membantunya dalam mengingatkan hal-hal yang penting baginya. Tetapi dengan bertambah pesatnya perkembangan teknologi komputer. Dengan ditemukan dan diperkenalkannya organizer elektronik atau yang sering disebut juga dengan PDA (Personal Digital Assistant), maka orang-orang sekarang mulaimenggantikan organizer konvensional tersebut dengan PDA untuk membantunya dalam aktivitas sehari-hari.

Dalam perkembangannya, perusahaan pembuat PDA tersebut memperbaiki kemampuan PDAnya. Dari segi software (sistem operasi maupun aplikasinya) dan segi hardware (kecepatan prosesor, layar berwarna, memori yang besar) juga dari segi bentuk fisik yang semakin kecil. Selain itu sekarang PDA juga telah ditambah berbagai fasilitas yang menarik seperti kemampuan untuk membuat jaringan tanpa kabel (wireless), kemampuan untuk berfungsi sebagai telepon selular, maupun sebagai kamera digital. Dilihat dari kemampuan yang sangat luas dari sebuah PDA maka tidak menutup kemungkinan PDA akan menggantikan posisi notebook yang sangat besar dalam melakukan pekerjaan yang memerlukan komputer tetapi selalu berpindah-pindah (mobile).

Macam-macam Komputasi Modern

Komputasi modern terbagi tiga macam, yaitu komputasi mobile (bergerak), komputasi grid, dan komputasi cloud (awan). Penjelasan lebih lanjut dari jenis-jenis komputasi modern sebagai berikut :

1. Mobile computing

Mobile computing atau komputasi bergerak memiliki beberapa penjelasan, salah satunya komputasi bergerak merupakan kemajuan teknologi komputer sehingga dapat berkomunikasi menggunakan jaringan tanpa menggunakan kabel dan mudah dibawa atau berpindah tempat, tetapi berbeda dengan komputasi nirkabel. Contoh dari perangkat komputasi bergerak seperti GPS, juga tipe dari komputasi bergerak seperti smart phone, dan lain sebagainya.

2. Grid computing

Komputasi grid menggunakan komputer yang terpisah oleh geografis, didistibusikan dan terhubung oleh jaringan untuk menyelasaikan masalah komputasi skala besar. Ada beberapa daftar yang dapat dugunakan untuk mengenali sistem komputasi grid, adalah :

- Sistem untuk koordinat sumber daya komputasi tidak dibawah kendali pusat.

- Sistem menggunakan standard dan protocol yang terbuka.

- Sistem mencoba mencapai kualitas pelayanan yang canggih, yang lebih baik diatas kualitas komponen individu pelayanan komputasi grid.

3. Cloud computing

Komputasi cloud merupakan gaya komputasi yang terukur dinamis dan sumber daya virtual yang sering menyediakan layanan melalui internet. Komputasi cloud menggambarkan pelengkap baru, konsumsi dan layanan IT berbasis model dalam internet, dan biasanya melibatkan ketentuan dari keterukuran dinamis dan sumber daya virtual yang sering menyediakan layanan melalui internet.

Adapun perbedaan antara komputasi mobile, komputasi grid dan komputasi cloud, dapat dilihat penjelasannya dibawah ini :

- Komputasi mobile menggunakan teknologi komputer yang bekerja seperti handphone, sedangkan komputasi grid dan cloud menggunakan komputer.

- Biaya untuk tenaga komputasi mobile lebih mahal dibandingkan dengan komputasi grid dan cloud.

- Komputasi mobile tidak membutuhkan tempat dan mudah dibawa kemana-mana, sedangkan grid dan cloud membutuhkan tempat yang khusus.

- Untuk komputasi mobile proses tergantung si pengguna, komputasi grid proses tergantung pengguna mendapatkan server atau tidak, dan komputasi cloud prosesnya membutuhkan jaringan internet sebagai penghubungnya.

B. Pengertian Biologi

Kata Biologi berasal dari bahasa Yunani, yaitu bio yang berarti hidup dan logos yang berarti ilmu pengetahuan.Sehingga kita dapat mengartikan bahwa biologi merupakan ilmu pengetahuan yang mempelajari dan mengkaji tentang kehidupan. Objek kajian biologi berupa benda-benda yang dapat ditangkap oleh alat indra manusia dan oleh alat bantu (contohnya mikroskop).

Seperti dalam penjelasan di atas, biologi bukanlah ilmu yang berdiri sendiri, karena biologi juga merupakan cabang dari Ilmu Pengetahuan Alam (IPA). Layaknya manusia yang saling membantu agar tetap hidup, ilmu biologi dan ilmu lainnya dapat saling menolong agar menghasilkan pengetahuan yang bermanfaat bagi kehidupan. Bukti nyata dari hal ini adalah mikroskop yang menjadi jiwa dari biologi ditemukan berdasarkan prinsip fisika(cabang ilmu biologi lainnya). Nah, oleh karena itu kita tidak dapat menolak lagi bahwa biologi bukanlah ilmu yang dapat berdiri sendiri.

Biologi yang berkembang sesuai ilmu teknologi, menghasilkan ribuan penemuan dalam proses penelitiannya. Dengan bantuan teknologi ruang lingkup biologi menjadi semakin luas dan melahirkan banyak cabang untuk memudahkan kita membedakan objek kajian biologi. Beberapa cabag biologi tersebut adalah

·         Morfologi                  : Bentuk luar tubuh makhluk hidup

·         Anatomi                    : Bagian dalam tubuh makhluk hidup

·         Histologi                    : Jaringan

·         Genetika                   : Pewarisan Sifat

·         Organologi                : Organ

·         Sitologi                       : Sel

·         Embriologi                : Embrio

·         Botani                         : Tumbuhan

·         Zoologi                       : Hewan

·         Bakteriologi              : Bakteri

·         Mikologi                    : Jamur

Dan masih banyak lagi cabang ilmu biologi lain.

C. Komputasi Biologi

Bioinformatika merupakan sebuah disiplin ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasi untuk diterapkan dalam pengelolaan dan analisis biologis. Bidang ini mencakup penerapan dalam ilmu matematika, statistika dan informatika untuk memecahkan masalah biologis, terutama dalam hal DNA dan asam amino serta informasi yang terkait dengan kedua hal itu.

Bioinformatika berupa sistem manajemen informasi yang meliputi database biologi molekul dan software sebagai tools untuk mengelola dan menganalisis data biologis. Munculnya bioinformatics diharapkan dapat mengorganisasi penyimpanan data biologi sehingga memudahkan ilmuwan mengkases data di dalam database dan mengunggah data terbaru ke dalam database. Contoh database genom yaitu GenBank/NCBI (National Centre of Biotechnology Information, Amerika Serikat), EMBL (European Molecular Biologi Laboratory, Eropa), dan DDBJ (DNA Data Bank of Japan). 

Selain itu, dengan munculnya bioinformatics sebagai displin ilmu baru baik di dunia biologi molekuler maupun teknik informatika, maka diharapkan akan lahir program-program bioinformatika baru yang lebih maju dan inovatif dalam mengolah dan menyimpan database molekuler. Program bioinformatika juga diharapkan dapat dipakai untuk menganalisis data biologi seperti genomik (terkait urutan DNA organisme), proteomik (terkait protein dalam sel/jaringan), atau metagenomik (terkait genom mikroba) sehingga dapat mengungkap berbagai fenomena sains.

TEKNOLOGI DAN INOVASI MICROSOFT DI BIDANG BIOINFORMATIKA

1. Microsoft Bioinformatics Initiative

Program “Microsoft Bioinformatics Initiative” yang terdiri dari dua komponen utama :

• .NET BIO : .NET Bio merupakan suatu tool yang bisa ditambahkan ke framework pemrograman netral bahasa .NET yang awalnya ditujukan untuk mendukung penelitian di bidang genomik. Sekarang ini .NET Bio mendukung berbagai formal file bioinformatika; berbagai algoritma untuk manipulasi sekuens protein, RNA, dan DNA; dan pasangan konektor untuk terhubung ke layanan web biologi seperti NCBI BLAST. .NET Bio menggunakan lisensi sumber terbuka, dan semua dokumentasi, aplikasi demo, kode sumber, dan executable file bisa didownload dari situs Codeplex
• Microsoft Biology Tools (MBT) : The Microsoft Biology Tools (MBT) merupakan kumpulan tool yang bisa digunakan para peneliti bioinformatika dan biologi supaya lebih produktif dalam menemukan berbagai penemuan sains. Tool di dalam katalog MBT bebas digunakan, dan juga termasuk didalamnya kode sumber terbuka dan berbagai proyek kolaborasi sumber terbuka. Contoh tool-tool di dalam katalog MBT bisa dilihat di sini : http://research.microsoft.com/en-us/projects/bio/mbt.aspx 

2. BioHPC

BioHPC merupakan implementasi HPC untuk para peneliti biologi. HPC adalah High Performance Computing, yang memanfaatkan sebanyak mungkin sumber daya komputer yang ada untuk menyelesaikan satu tugas berat dengan lebih singkat. HPC merevolusi ilmu biologi dengan cara memberi para ahli biologi kemampuan proses dan analisa data yang sangat besar yang tidak terbayangkan beberapa dekade lalu. Namun sayangnya kebanyakan ahli biologi tidak memiliki keahlian komputer ataupun sarana komputer yang memadai. Microsoft bekerjasama dengan Unit Layanan Biologi Komputasi Universitas Cornell untuk menyediakan kekuatan HPC bagi ribuan peneliti di seluruh dunia.

BioHPC khusus ditujukan pada peneliti bioinformatika, sehingga bersifat sangat powerful tetapi mudah sekali digunakan dan tidak perlu ahli komputer dengan keahlian khusus untuk mengoperasikannya.

BioHPC bisa diakses melalui Universitas Cornell bagi user yang terdaftar. Namun BioHPC juga bisa diunduh secara gratis dan memiliki kode sumber terbuka bagi setiap peneliti di seluruh dunia.

Semenjak dipasang pada tahun 2003, BioHPC telah melakukan lebih dari 80.000 proses komputasi yang berat yang dikirim oleh lebih dari 7.200 peneliti dari 80 negara di dunia.

3. Windows Azure Bioinformatics

Windows Azure merupakan satu layanan komputasi awan Microsoft yang bisa digunakan untuk menyelesaikan berbagai tugas bioinformatika dengan cepat.

Salah satu aplikasi killer untuk Windows Azure di bidang bioinformatika ini adalah NCBI BLAST untuk Windows Azure.

NCBI Blast merupakan implementasi Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) dari National Center for Biotechnology Information (NCBI). BLAST merupakan sekumpulan program yang dirancang untuk mencari semua kemiripan antara sebuah protein atau DNA dan sekuensnya yang sudah diketahui dari seluruh database kemungkinan yang ada. Peneliti memerlukan kemampuan ini untuk mengetahui fungsi dan manfaat dari sebuah produk genetik.

MANFAAT BIOINFORMATIKA 

1. Bioinformatika dalam bidang Klinis

Peranan Bioinformatika dalam bidang klinis ini sering juga disebut sebagai informatika klinis (clinical informatics). Aplikasi dari clinical informatics ini adalah berbentuk manajemen data-data klinis dari pasien melalui Electrical Medical Record (EMR) yang dikembangkan oleh Clement J. McDonald dari Indiana University School of Medicine pada tahun 1972. McDonald pertama kali mengaplikasikan EMR pada 33 orang pasien penyakit gula (diabetes). Sekarang EMR ini telah diaplikasikan pada berbagai penyakit. Data yang disimpan meliputi data analisa diagnosa laboratorium, hasil konsultasi dan saran, foto ronsen, ukuran detak jantung, dll. Dengan data ini dokter akan bisa menentukan obat yang sesuai dengan kondisi pasien tertentu. Lebih jauh lagi, dengan dibacanya genom manusia, akan memungkinkan untuk mengetahui penyakit genetik seseorang, sehingga personal care terhadap pasien menjadi lebih akurat.

2. Bioinformatika dalam bidang Virologi

Khusus di bidang Virologi (ilmu virus), kemajuan bioinformatika telah berperan dalam mempercepat kemajuan ilmu ini. Sebelum kemajuan bioinformatika, untuk mengklasifikasikan virus kita harus melihat morfologinya terlebih dahulu. Untuk melihat morfologi virus dengan akurat, biasanya digunakan mikroskop elektron yang harganya sangat mahal sehingga tidak bisa dimiliki oleh semua laboratorium. Selain itu, kita harus bisa mengisolasi dan mendapatkan virus itu sendiri.

3. Bioinformatika Untuk Penemuan Obat

Cara untuk menemukan obat biasanya dilakukan dengan menemukan zat/senyawa yang dapat menekan perkembangbiakan suatu agent penyebab penyakit. Karena perkembangbiakan agent tersebut dipengaruhi oleh banyak faktor, maka faktor-faktor inilah yang dijadikan target. Diantaranya adalah enzim-enzim yang diperlukan untuk perkembangbiakan suatu agent, mula mula yang harus dilakukan adalah analisa struktur dan fungsi enzim-enzim tersebut. Kemudian mencari atau mensintesa zat/senyawa yang dapat menekan fungsi dari enzim-enzim tersebut.

4. Bioinformatika Untuk Identifikasi Agent Penyakit Baru

Bioinformatika juga menyediakan tool yang sangat penting untuk identifikasi agent penyakit yang belum dikenal penyebabnya. Banyak sekali penyakit baru yang muncul dalam dekade ini, dan diantaranya yang masih hangat adalah SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome).

5. Bioinformatika Untuk Identifikasi Agent Penyakit Baru

Bioteknologi telah diterapkan secara luas dalam bidang pertanian, antara lain yaitu:
Pupuk Hayati (biofertiliser) yaitu suatu bahan yang berasal dari jasad hidup, khususnya mikrobia yang digunakan untuk meningkatkan kuantitas dan kualitas produksi tanaman.
Kultur in vitro, yaitu pembiakan tanaman dengan menggunakan bagian tanaman yang ditumbuhkan pada media bernutrisi dalam kondisi aseptik.

Kultur in vitro memungkinkan perbanyakan tanaman secara massal dalam waktu yang singkat.
Teknologi DNA Rekombinaan, pengembangan tanaman transgenik, misalnya galur tanaman transgenik yang membawa gen cry dari Bacillus thuringiensis untuk pengendalian hama.