LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER No. Percobaan : 1
Judul Percobaan : Pengenalan Situs Bioinformatika NCBI dan Penggunaaannyadalam mMemahami Ekspresi Gen
Kelompok : 8
Nama anggota : 1. Bimar Putri A (M0615007) 2. Fildza Alya I (M06150) 3. Niken Rosyana D (M06150) 4. Shabrina Azmatun N (M06150) Hari/ Tanggal Praktikum : Senin, 17 April 2017
S1 FARMASI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER PERCOBAAN 1
PENGENALAN SITUS BOINFORMATIKA NCBI DAN PENGGUNAANYA DALAM MEMAHAMI PROSES EKSPRESI GEN
I. Tujuan
1. Menelusuri odentitas suatu gen berdasarkan sekuen nukleotida menggunakan gene bank database.
2. Mahasiswa memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi dan translasi serta regulasinya
3. Mahasiswa dapat mengidentifikasi bagian gen yang berperan sebagai promoter, coding sequence (CDS), intron dan ekson, start dan stop kodon, serta regulating element.
4. Mahasiswa dapat memahami bagaimana satu gen dapat menghasilkan protein yang berbeda
II. Dasar Teori
DNA terdiri dari gula deoksiribosa, basa nitrogen, dan fosfat. Basa nitrogen terdiri dari purin (adenine guanine) dan pirimidin (sitosin dan timin). Bertindak sebagai tulang punggung rantai DNA adalah gula dan fosfat. Struktur DNA adalah double helix dengan gula – fosfat berada di luar. Dua buah pilinan dihubungkan dengan adanya ikatan hydrogen antara basa-basa DNA. Basa Adenin (A) berpasangan dengan Timin (T) melalui 2 ikatan hidrogen, sedangkan basa sitosin (C) berpasangan dengan Guanin (G) melalui 3 ikatan hydrogen. Konsep dasar enurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai dogma genetic. Pada dogma genetic juga tercermin cara mempertahankan cirri khas supaya tetap sama melalui proses replikasi. Dogma genetic ini bersifat universal yang berlaku bagi prokariot maupun eukariot (Maulana, 2010).
BLAST adalah membandingkan data urutan nukleotida atau protein dengan data base nukleotida atau protein di seluruh dunia melalui situs dan beberapa situs lainnya. Selain sekadar menyimpan informasi biologis database itu juga bisa digunakam untuk menganalisis gen-gen, fungsi-sungsinya dan evolusinya, sebagai contoh jika ada sebuah gen diklona dan di sekuensing , sekuens itu bisa digunakan untuk penelusuran yang disebut BLAST terhadap semua sekuens yang diketahui (Sinaga, 2012).
Software ilmiah terkolaborasi dan terkreasi lebih efektif digunakan dalam studi penelitian. Kami mengabarkan bahwa studi empiris dari struktur stereoteknik dari inovasi pada infrastruktural software yaitu Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) telah diteliti. BLAST dikenal sebagai software ilmiah yang paling penting yang pernah ditemukan, yang berisi segala tentang revolusi bioinformatika yang sangat besar. Sejak tahun 2003 BLAST menjadi paper yang paling sering disitasi (Howison dan Herbsleb, 2013)
Dengan beberapa sekuen dari berbagai jenis spesies dalam database, ini mungkin bagi peneliti untuk mengetahui evolusi molekuler dari target yang diinginkan. Dengan menggunakan BLAST dengan metode phylogenetic berdasarkan karakter umumnya atau berdasakan jaraknya telah ditingkatkan untuk merekonstruksi phylogeni dan meningkatkan kekuatan data molekuler meskipun masih ada beberapa kelemahan dari penggunaanya (Wang et al, 2015).
AGTCCCTGGT GTGAAGCAAG ATCGCTAGAA CACACCTTAC CTGTAAACAG AGAGACACTG AAAAGGAAGG TTAGTGGGAA CCGTTGCGCC
AGCCCTGTTA CTGGTCCAGG TTCAAAGAGG GATGCTCACT TCTGCGCTGT CTGCAGCGAT TACGCATCGG GATATCACTA TGGAGTCTGG TCGTGTGAAG GATGTAAGGC CTTTTTTAAA AGAAGCATTC AAGGACATAA TGATTATATT TGTCCAGCTA CAAATCAGTG TACAATCGAT AAAAACCGGC GCAAGAGCTG CCAGGCCTGC
IV. CARA KERJA
1. Buka aplikasi browser lalu ketik http://www.ncbi.nlm.nih.gov , setelah masuk lalu pilih BLAST
6. Kemudian dibawah “Graphic summary” terdapat Description” yang berisikan berbagai macam DNA yang memiliki kemiripan dengan sequence yang kita punya, lalu pilih “Accesion NM_...
8. Catat beberapa data yang akan kita gunakan.
V. Pembahasan
Pada praktikum kali ini dilakukan pengenalan terhadap situs bioinformatika NCBI dan penggunaannya dalam memahami proses ekspresi gen. Tujuan dari praktikum adalah dapat menelusuri identitas suatu gen berdasarkan sekuen nukleotida menggunakan gene bank database, dapat memahami prinsip ekspresi gen yang meliputi transkripsi dan translasi serta regulasinya, dapat mengidentifikasi bagian gen yang berperan sebagi promoter, coding sequence (CDS), intron dan ekson, start dan stop kodon, serta regulating element,dapat memahami bagaimana suatu gen yang sama dapat menghasilkan protein yang berbeda.
NCBI (National Centre for Biotechnology Information) merupakan institusi yang menyediakan sumber informasi terkait perkembangan biologi molekuler. NCBI dapat diakses oleh publik dan mengembangkan software penganalisis data genom. 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).Salah satu tools yang terdapat pada NCBI adalah BLAST (Basic Local Alignment Tool) merupakanperkakas bioinformatika yang berkaitan erat dengan penggunaan basis data sekuens biologisyang digunakan sebagai alat pencari untuk menyesuaikan dan mencari sekuen yang mirip dengan sekuen meragukan yang dimiliki melalui perbandingan sekuen pada gen bank DNA. Hal ini berguna misalnya untuk menemukan gen 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.Terdapat 5 program utama dari BLAST yaitu :
1. Nucleotide blast (blastn)
Program untuk membandingkan sekuen nukleotida yang kita miliki dengan database sekuen nukleotida.
2. Protein blast (blastp)
Membandingkan suatu sekuen asam amino yang dimiliki dengan database sekuen protein 3. Blastx
Membandingkan produk translasi konsep 6-frame protein nukleotida (translated nucleotide) yang dimiliki dengan database sekuen protein
4. Tblastn
Membandingkan sekuen protein yang dimiliki dengan database sekuen nukleotida yang secara dinamis ditranslasi pada semua pembacaan 6 frame.
5. Tblastx
Prinsip kerja pada percobaan ini adalah data sekuen yang didapatkan dimasukkan kedalam BLAST sehingga memungkinkan untuk mencari sekuens asam nukleat maupun protein yang mirip dengan sekuens tertentu yang dimiliki. NCBI dimanfaatkan dalam proses identifikasi nukleotida hasil dari ekspresi gen.
Ekspresi gen merupakan tahapan dimana kode genetik dalam molekul DNA dapat diterjemahkan melalui proses transkripsi dan translasi. Proses transkripsi merupakan proses pembentukan mRNA dengan DNA sebagai cetakannya, proses ini terjadi di dalam inti sel dengan bantuan enzim DNA polimerase. Translasi merupakan proses pembentukan protein dari mRNA, proses ini terjadi di sitoplasma yaitu di ribosom.
Translasi merupakan proses penerjemahan kode genetik (kodon) menjadi protein yang sesuai. Pada penerjemahan kodon dibantu oleh RNAt. Setiap tipe molekul tRNA menghubungkan kodon tRNA tertentu dengan asam amino tertentu. Pada proses translasi juga terdapat tiga tahapan yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Tahap inisiasi terjadi dengan adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Pertama, sub unit ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Sub unit ribosom kecil melekat pada tempat tertentu di ujung 5` dari mRNA. Pada arah ke bawah dari tempat pelekatan ribosom sub unit kecil pada mRNA terdapat kodon inisiasi AUG, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi. Tahapan kedua adalah elongasi, yaitu mRNA bergerak sepanjang ribosom, terjadi pembentukan polipeptida berdasarkan kode-kode pada mRNA. Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga stop kodon mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Hasildari proses ini adalah rangkaian polipeptida.
Pada praktikum kali ini, dilakukan identifikasi suatu sekuen nukleotida melalui tool blastn dan diperoleh nilai query sebesar 100%. Serta locus NM_001291712. Nilai query berfungsi untuk memberikan informasi tentang kesesuaian sekuen nukleutida dengan database pada BLAST. Locus berfungsi untuk menunjukkan informasi mengenai nama sekuen pada genBank yang meliputi nama sekuen, panjang sekuen dan bentuk molekul. Berdasarkan locus yang diperoleh maka didapatkan bahwa locus tersebut ialah estrogen receptor 2 (ER2).
payudara merupakan kanker yang tergantung estrogen dan sekitar 30% kasus merupakan kanker yang positif mengekspresi HER-2 berlebihan.Kedua protein tersebut selain berperan dalam metastasis, juga berperan dalam perkembangan kanker payudara (early cancer development). Estrogen berikatan dengan reseptor estrogen (ER) membentuk kompleks reseptor aktif dan mempengaruhi transkripsi gen yang mengatur proliferasi sel.Aktivasi protein ini mengakibatkan pertumbuhan berlebih cell cycle progression menyebabkan perkembangan kanker yang dipercepat (Gibbs, 2000).
Definition yang memberikan informasi mengenai pemilik sekuen nukleotida terkait. Definition yang diperoleh adalah Homo sapiens estrogen receptor 2 (ESR2), transcription variant k, mRNA. Kemudian bagian summary yang memberikan informasi tentang nukleutida yang diidentifikasi. Diperoleh hasil bahwa gen tersebut mengkode anggota famili dari reseptor estrogen dan superfamili transkripsi reseptor inti. Gen tersebut berisi N-terminal yang berikatan dengan DNA dan C-terminal kemudian dilokalisasi ke nukleus, sitoplasma dan mitokondria. Selanjutnya bagian features dapat kita ketahui mengenai keterangan karakter tiap sekuen. Hasil yang diperoleh CDS 1729. . .3216, exon 1. . .653, 654. . .961, 962. . .4037. Origin berguna untuk menghubungkan data yang terdapat pada bagian features yang akan dihubungkan dengan CDS. Tujuannya untuk mencari promotor, start kodon dan stop kodon. promotor berfungsi untuk menentukan awal mula terjadinya trasnkripsi. Promotor yang diperoleh ialah TATAdi 1644 pada kolom 1621. Start kodon merupakan kodon pertama yang diterjemahkan berupa CTT di 1645 pada kolom 1621. Stop kodon berupa TAA.
VI. Kesimpulan
1. Penelusuran identitas gen berdasarkan nukleotida menggunakan bankdatabase diperoleh hasil berupa gen Homo sapiens estrogen receptor 2 (ESR2) dengan nilai query cover sebesar 100%.
2. Ekspresi gen merupakan tahapan dimana kode genetik dalam molekul DNA dapat diterjemahkan melalui proses transkripsi dan translasi. Transkripsi merupakan proses pembentukan mRNA dengan DNA sebagai cetakannya. Translasi merupakan proses pembentukan protein dari mRNA.
3. Promotor berupa TATA pada kolom 1621, sekuen gen berada pada CDS 1729 sampai 3216, start kodon CTT pada kolom 1621 , stop kodon berupa TAA.
4. Perbedaan pola ekspresi gen dan jumlah ketersediaan protein pada tiap sel dapat menghasilkan protein yang berbeda dalam suatu gen yang sama.
Bhattacharyya, P. N., Tanti, B., Barman, P., Jha, D. K. 2014. Culture-Independent Metagenomic Approach To Characterize The Surface And Subsurface Soil Bacterial Community In The Brahmaputra Valley, Assam, North-East India,An Indo-Burma Mega-Biodiversity Hotspot. World Journal of Microbiology Biotechnology
Gibbs, J.B. 2000. Anticancer Drug Targets: Growth Factors & Growth Factor Signaling. J Clin Invest 105(1): 9-13.
Guyton and Hall. 1996. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 9. Jakarta : EGC.
Howison, J., dan Herbsleb, J. D. 2013. Incentives and Integration In Scientific Software Production. Collaboration and Sharing in Scientific Work
Maulana, R.A. 2010. Isolasi DNA dan Elektroforesis DNA. Jakarta : Universitas Pendidikan Indonesia.
Sinaga, N.R. 2012. Isolasi DNA dan Teknik PCR. Jakarta : PT factorry.
