Pada hari teknologi nasional (Hakteknas) kali ini, kita dituntut untuk lebih memikirkan bagaimana kebijakan sains-teknologi untuk masa depan Indonesia. Riset dalam bidang pangan, energi, dan air seyogyanya dipikirkan dalam suatu kerangka baru, dimana Teknologi Informasi (IT) memberikan kontribusi yang signfikan didalamnya. Tidak hanya itu, IT juga melakukan pengolahan data yang memberikan informasi berguna pada tingkatan molekuler. Bagaimanakah caranya?

 

Bioinformatika, sampai dimana?

 

Hal yang sering luput dari fokus media, adalah terlibatnya ‘big data’ dalam riset pangan dan energi. Apakah maksudnya? ‘Big data’ adalah suatu data dalam jumlah besar, yang tidak dapat diolah dengan menggunakan pengolah data konvensional. Sering kali, data tersebut mencapai skala terrabyte, atau bahkan jauh lebih besar. Riset pangan dan energi juga menghasilkan ‘big data’, hal ini bisa kita lihat pada situs web http://genomics.energy.gov/. Ilmu bioinformatika, yang merupakan ilmu gabungan antara Biologi dan IT, berada di garis depan untuk melakukan pengolahan ‘big data’ tersebut menjadi informasi yang berguna. Apa saja yang dilakukan ilmu bioinformatika? Pakar mereka melakukan modeling makromolekul yang kompleks untuk melakukan anotasi terhadap informasi yang bermanfaat didalamnya. Kemudian, dengan bergantung pada komunitas Open Source, peneliti bioinformatika melakukan Software development tingkat lanjut. Jadi, apa saja yang bisa dilakukan bioinformatika dalam riset pangan, energi, dan air?

 

Mikrobiologi Pangan dan Anotasi Data

 

Salah satu problem utama dalam bioindustri adalah memproduksi produk pangan dalam jumlah masif, namun dengan kondisi reaksi yang ‘keras’. Berbagai macam mikroba telah digunakan dalam bioindustri, dan mereka distimulasi untuk mengkonversi substrat menjadi produk pangan yang berguna bagi manusia. Contoh sederhana adalah yoghurt dan keju. Dalam konteks tekno-ekonomi, untuk meningkatkan output produksi pangan, maka kondisi reaksi dalam bioreaktor perlu dimaksimalkan. Salah satu caranya adalah dengan meningkatkan suhu. Namun, hal ini seringkali dapat mengakibatkan kondisi hidup mikroba terganggu, karena enzim yang mengkonversi substrat tersebut mengalami denaturasi. Disinilah bioinformatika berperan untuk optimasi kondisi reaksi.

 

Grup Bioinformatika UI di bawah pimpinan Prof.Dr Usman Sumo Friend Tambunan telah mengadakan kerja sama dengan Grup Mikrobiologi Pangan Baristand Ambon dibawah pimpinan Dr. Syarifuddin Idrus (Tambunan et al, 2014; Idrus dan Tambunan, 2012). Pada penelitian kolaborasi ini, ilmu bioinformatika dimanfaatkan untuk melakukan modifikasi terhadap enzim, sehingga dapat bertahan dalam kondisi reaksi yang ‘keras’. Salah satu produk yang sedang diproses adalah suplemen. Tentu saja, kita tidak dapat menganggap remeh suplemen, sebab tubuh kita tetap membutuhkannya dalam jumlah tertentu. ‘Big data’ informasi genomik dibutuhkan untuk melakukan optimasi enzimatik, sehingga dapat bertahan pada kondisi reaksi yang hard tersebut.

 

 

Proyek Energi Alternatif dan Bioinformatika

 

Satu hal menarik adalah keterlibatan Departemen Energi Amerika Serikat dalam proyek pengurutan genome mikroba. Untuk apa mereka melakukan hal tersebut? Sebenarnya sangat jelas, yaitu mereka ingin menggunakan mikroba tersebut dalam konteks bioindustri, terutama dalam memproduksi bahan bakar energi alternatif. Berdasarkan penelitian Mendu et al, Indonesia memiliki market yang tergolong besar di asia, dalam konteks pemanfaatan bioenergi berdasarkan residu lignin. Sejauh ini, sudah ada beberapa produk komoditas yang dihasilkan dari bioindustri berbasis bioenergi. Diantaranya adalah bio-alkohol dan bio-diesel. Namun, dalam banyak kasus, kedua komoditas tersebut dihasilkan dengan pertanian konvensional, yang membutuhkan banyak lahan. Metode baru, yaitu bio-farming, menggunakan pendekatan yang berbeda. Disini, penggunaan bioindustri, yang melibatkan bioreaktor, diutamakan. Sehingga mengurangi penggunaan lahan. Pendekatan yang dilakukan tidak jauh berbeda dengan riset mikrobiologi pangan. Sebab, memang teknik yang digunakan diturunkan dari riset bidang itu.

 

Disini, bioinformatika berguna untuk melakukan pemodelan ‘big data’ yang dihasilkan dari riset bioenergi, sehingga dihasilkan produksi bioenergi yang optimum. Ekspresi Genomik dan Proteomik dari mikroba dapat dioptimasi, sehingga dapat memproduksi bioenergi yang terjamin kualitas dan kuatitasnya.

 

 

Pelarut Air dan Biotransformasi

 

Air adalah pelarut utama dalam reaksi biokimia. Dalam konteks bioinformatika, keberadaan pelarut air merupakan salah satu variabel terpenting dalam modeling reaksi biokimiawi. Berhubung modeling reaksi dengan pelarut air membutuhkan daya komputasi besar, maka seringkali pemodelan dilakukan dalam kondisi vakum. Hal tersebut adalah penyederhanaan untuk menghemat daya komputasi. Namun, kemajuan teknologi cluster dan cloud computing telah banyak membantu riset bioinformatika. Sehingga, modeling yang paling kompleks sekalipun dapat diatasi dengan baik.

 

 

 

Bioinformatika dan Penguatan Ristek Bangsa

 

Berdasarkan informasi dari situs http://www.scimagojr.com/ , yang melakukan data mining dari database scopus, ternyata jumlah publikasi internasional bereputasi dari Indonesia sangat memprihatinkan. Tidak tanggung-tanggung, jumlahnya kalah dari Thailand, dan kalah jauh dari Malaysia dan Singapura. Disini, diperlukan suatu strategi riset yang visioner dalam mengejar ketertinggalan kita, terutama dalam konteks pangan, energi, dan air.

 

Indonesia memiliki SDM yang mumpuni dalam bidang IT. Hal tersebut tidak dapat diingkari, sebab kita telah berulang kali menang dalam kompetisi internasional IT. Hanya saja, dalam konteks riset, kita memerlukan pendidikan yang berkesinambungan agar SDM tersebut dapat diarahkan demi kepentingan ristek. Ristek seyogyanya bekerja sama dengan perguruan tinggi, dalam rangka mendidik pakar IT yang berfokus dalam riset bioinformatika. Salah satu bentuknya bisa membentuk suatu prodi atau pusat kajian baru. Sehingga, lulusan dari prodi tersebut dapat langsung digunakan oleh Ristek untuk riset pangan, energi, dan air.

 

Berbagai perguruan tinggi dan Lemlit dibawah ristek telah menghasilkan ‘big data’ genomik dan proteomik yang dapat digunakan untuk riset pangan, energi, dan air. ‘Big data’ harus dikonversi jadi informasi yang bermanfaat bagi ketahanan pangan, energi, dan air. Disini, diperlukan integrasi informasi yang mumpuni, sehingga berbagai institusi tersebut dapat memanfaatkan data secara bersama-sama. Sehingga, mendukung riset kolaboratif yang menghasilkan publikasi dengan pembahasan yang lebih kaya.

 

Disatu sisi, penguasaan informasi menunjukkan kekuatan suatu bangsa. Human Genome Project, yang diinisiasi oleh Amerika Serikat, telah diikuti oleh Jepang dan Uni Eropa. Jika kita ingin memiliki riset tingkat dunia dalam bidang pangan, energi, dan air, maka seyogyanya kita lebih fokus pada pembangunan database keanekaragaman hayati Indonesia. Sudah ada beberapa pihak yang memulainya, misalnya Fakultas Farmasi dan Fasilkom UI, yang dapat diakses pada http://herbaldb.farmasi.ui.ac.id/. Tentu saja, ditunggu pembangunan database-database lain, terutama yang berfokus pada riset pangan, energi, dan air.

Referensi:

Idrus, S., & Tambunan, U. S. F. (2012). Simulation of riboflavin synthase in Eremothecium gossypii conversion of 6,7-dimethyl-8-ribityllumazine to riboflavin. Online Journal of Bioinformatics, 13(1), 41–49.

Mendu, V., Shearin, T., Campbell, J. E., Stork, J., Jae, J., Crocker, M., … DeBolt, S. (2012). Global bioenergy potential from high-lignin agricultural residue. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(10), 4014–9. doi:10.1073/pnas.1112757109

Tambunan, U. S. F., Randy, A., & Parikesit, A. A. (2014). Design of Candida antarctica Lipase B Thermostability Improvement by Introducing Extra Disulfide Bond Into the Enzyme. OnLine Journal of Biological Sciences, 14(2), 108. doi:10.3844/ojbsci.2014.108.118

Tulisan ini telah dimuat pada kolom telematika detikinet