Together we stop the pandemic #COVID-19
Together we stop the pandemic #COVID-19

Bioinformatik dan COVID-19

  • Bacaan Umum
  • Jumlah paparan: 801
Pengarang:

Siti Norasikin Mohd Nafi1, Nur Ezzleen Farisha Rahimie Woo2, Sarina Sulong3*, Surini Yusoff4, Farizan Ahmad5, Azlina Ahmad6 ,Wan Fahmi Wan Mohamad Nazarie7

1 Jabatan Patologi, Pusat Pengajian Sains Perubatan, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

2 Jabatan Sains Biologi dan Bioteknologi, Fakulti Sains dan Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 UKM Bangi, Selangor.

3 Pusat Genom Manusia, Pusat Pengajian Sains Perubatan, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

4 Jabatan Paediatrik, Pusat Pengajian Sains Perubatan, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

5 Jabatan Neurosains, Pusat Pengajian Sains Perubatan, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

6 Pusat Pengajian Sains Pergigian, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

7Fakulti Sains dan Sumber Alam, Universiti Malaysia Sabah, 88400 Kota Kinabalu, Sabah, Malaysia

Pengarang Koresponden:

Prof. Madya Dr. Sarina Sulong

Penyelaras Pusat Genom Manusia
Pusat Genom Manusia, Pusat Pengajian Sains Perubatan, Kampus Kesihatan, Universiti Sains Malaysia, Kubang Kerian, Kelantan, Malaysia.

Alamat emel: ssarina@usm.my

Pengenalan

Bioinformatik ialah gabungan bidang sains komputer, teknologi maklumat dan biologi. Dalam bidang perubatan dan sains kesihatan, bionformatik amat penting untuk mengumpul, menganalisis dan mengurus data raya (“big data”). Contohnya seperti data yang terhasil dari teknologi maju penjujukan genom, data-data pesakit, statistik jangkitan serta penghasilan vaksin. Bioinformatik juga melibatkan kemahiran yang tinggi dalam penggunaan perisian dan pengaturcaraan untuk penganalisisan data. Oleh itu, bioinformatik kini menjadi komponen penting dalam makmal klinikal untuk menjana, menganalisis, memelihara, dan menafsirkan data dari ujian genetik molekul (Gambar rajah 1).

 Grjh1

Gambar rajah 1. Prinsip dan elemen bioinformatik

Wabak penyakit koronavirus 2019 atau lebih dikenali sebagai COVID-19 mula dikenali secara global pada akhir tahun 2019. Penyebaran wabak ini ke seluruh pelosok dunia menimbulkan kebimbangan dalam kalangan komuniti. Hasil gabungan kepelbagaian disiplin kajian telah membawa kepada perkembangan pesat terhadap pengesanan dan rawatan pesakit COVID-19.

Peranan Bioinformatik Dalam Memerangi Gelombang Pandemik COVID-19

Kepelbagaian platform bioinformatik dalam analisis data berkaitan COVID 19

Kehadiran pelbagai platform bioinformatik telah memberikan impak yang besar dalam proses integrasi genomik perubatan dan pandemik COVID-19. Contoh platform dan peranannya disenaraikan seperti mana Jadual 1 berikut:

Jadual 1: Senarai platform bioinformatik yang digunakan dalam kajian SARS-CoV-2, adaptasi daripada (Hufsky et al., 2021; Zhang et al., 2021).

PERANAN

PLATFORM BIOINFORMATIK

Pengesanan dan penjelasan

PriSeT, CoVPipe, poreCov,VADR, V-Pipe, Haploflow, VIRify, VBRC, VIRULIGN, Rfam COVID-19, UniProt COVID-19, Pfam, SARS2020

Penjejakan, epidemiologi dan evolusi

Covidex, Pangolin, BEAST 2, Pembinaan semula filogeografi, COPASI, COVIDSIM, CoV-GLUE, PoSeiDon

Rekabentuk ubat

VirHostNet, CORDITE, CoVex, P-HIPSTer

Penggunaan perisian bioinformatik dalam teknologi penjujukan penuh genom SARS-CoV-2

Melalui teknologi penjujukan genom yang dikenali sebagai “Next Generation Sequencing” atau singkatan “NGS”, bioinformatik berperanan dalam memberikan data asas tentang virus SARS-CoV-2 (Hufsky et al., 2021). Hasil kajian terhadap jujukan penuh genom SARS-CoV-2 telah berjaya diterbitkan pada 10 Januari 2020 (Wang et al., 2021). Pembinaan pengkalan data jujukan genomik SARS-CoV-2 melalui bioinformatik mampu untuk mengesan asal usul dan memahami evolusi agen berjangkit. Sebagai contoh, data yang diperolehi dari analisis bioinformatik menggunakan teknik penjujukan genom dapat membantu penyelidik mengkaji kebolehan varian virus ini bermutasi. Sebagai contoh, pelbagai jenis varian baharu seperti Alpha, Beta, Gamma dan Delta telah dikenal pasti secara tepat ke atas sampel pesakit yang dijangkiti COVID-19.

Pengawasan SARS-CoV-2 secara global

Para saintis perubatan turut membincangkan peranan NGS dan kaedah bioinformatik yang tersedia untuk pengawasan genomik SARS-CoV-2 secara global. Hal ini dapat membantu dalam mengesan lokaliti asal varian dan kawasan penularannya. Tindakan awal seterusnya dapat diambil untuk membendung virus tersebut daripada merebak (Sadat and Aghadadeghi, 2021).

Penyelidikan vaksin dan penemuan ubat

Teknologi bioinformatik juga menyediakan platform molekular untuk analisis perubatan seperti kajian molekular, penemuan vaksin dan ubatan dan analisis perbandingan genomik (Chatterjee et al., 2021). Penggunakan pelbagai perisian omiks ini telah merevolusikan kaedah dalam vaksinologi dan pengubahan ubat (“drug repurposing”). Proteomik dan transkriptomik juga dapat digunakan sebagai pendekatan pelengkap genomik, sebagai contoh, kajian untuk mengenal pasti protein permukaan semasa interaksi perumah-patogen. Selain itu, analisis ekspresi gen dan juga rangkaian analisis bagi mengenal pasti sasaran ubat (Hernández Cordero et al., 2020) dan juga pengubahan ubat untuk penyakit COVID-19 (Li et al., 2021b).

Penutup

Bidang bioinformatik telah memberikan impak yang besar dalam pengurusan data raya yang berkaitan dengan COVID-19. Hasilnya, pembangunan penyelidikan dalam bidang genetik, vaksin, teknologi enzim dan ubatan baharu dalam mengawal penularan jangkitan COVID-19 seterusnya menyumbang kepada peningkatan mutu kesihatan negara.

Walau bagaimanapun, terdapat limitasi dalam usaha menggabungkan semua maklumat yang ada melalui aplikasi bioinformatik. Proses ini bukan sahaja melibatkan proses analisis yang tipikal, malah memerlukan pemerhatian dan pemprosesan kognitif yang mendalam melalui interpretasi rentas disiplin. Sekiranya cabaran ini dapat diatasi, usaha memaksimumkan penggunaan maklumat bioinformatik dalam genomik perubatan akan memberikan impak yang besar dalam memerangi COVID-19 (Li et al., 2021a).

Rujukan:

Chatterjee, R., Ghosh, M., Sahoo, S., Padhi, S., Misra, N., Raina, V., Suar, M. & Son, Y.-O. (2021). Next-Generation Bioinformatics Approaches and Resources for Coronavirus Vaccine Discovery and Development—A Perspective Review. Vaccines, 9(8). doi: 10.3390/vaccines9080812

Hernández Cordero, A. I., Li, X., Yang, C. X., Milne, S., Bossé, Y., Joubert, P., Timens, W., van den Berge, M., Nickle, D., Hao, K. & Sin, D. D. (2020). Gene expression network analysis provides potential targets against SARS-CoV-2. Scientific Reports, 10(1), 21863. doi: 10.1038/s41598-020-78818-w

Hufsky, F., Lamkiewicz, K., Almeida, A., Aouacheria, A., Arighi, C., Bateman, A., Baumbach, J., Beerenwinkel, N., Brandt, C., Cacciabue, M., Chuguransky, S., Drechsel, O., Finn, R. D., Fritz, A., Fuchs, S., Hattab, G., Hauschild, A. C., Heider, D., Hoffmann, M., Holzer, M., Hoops, S., Kaderali, L., Kalvari, I., von Kleist, M., Kmiecinski, R., Kuhnert, D., Lasso, G., Libin, P., List, M., Lochel, H. F., Martin, M. J., Martin, R., Matschinske, J., McHardy, A. C., Mendes, P., Mistry, J., Navratil, V., Nawrocki, E. P., O'Toole, A. N., Ontiveros-Palacios, N., Petrov, A. I., Rangel-Pineros, G., Redaschi, N., Reimering, S., Reinert, K., Reyes, A., Richardson, L., Robertson, D. L., Sadegh, S., Singer, J. B., Theys, K., Upton, C., Welzel, M., Williams, L. & Marz, M. (2021). Computational strategies to combat COVID-19: useful tools to accelerate SARS-CoV-2 and coronavirus research. Brief Bioinform, 22(2), 642-663. doi: 10.1093/bib/bbaa232

Li, J., Chen, H., Wang, Y., Chen, M.-J. M. & Liang, H. (2021a). Next-Generation Analytics for Omics Data. Cancer cell, 39(1), 3-6. doi: 10.1016/j.ccell.2020.09.002

Li, X., Yu, J., Zhang, Z., Ren, J., Peluffo, A. E., Zhang, W., Zhao, Y., Wu, J., Yan, K., Cohen, D. & Wang, W. (2021b). Network bioinformatics analysis provides insight into drug repurposing for COVID-19. Medicine in drug discovery, 10, 100090-100090. doi: 10.1016/j.medidd.2021.100090

Sadat, S. M. & Aghadadeghi, M. R. (2021). Bioinformatics Analysis of SARS-CoV-2 to Approach an Effective Vaccine Candidate Against COVID-19. 63(5), 389-409. doi: 10.1007/s12033-021-00303-0

Wang, T., Zhao, M., Ye, P., Wang, Q. & Zhao, Y. (2021). Integrated Bioinformatics Analysis for the Screening of Associated Pathways and Therapeutic Drugs in Coronavirus Disease 2019. Archives of medical research, 52(3), 304-310. doi: 10.1016/j.arcmed.2020.11.009

Zhang, D., Zhang, T., Liu, S., Sun, D., Ding, S., Cheng, X., Cai, P., Ren, A., Han, M., Liu, D., Jia, C., Gong, L., Zhang, R., Xing, H., Tu, W., Chen, J. & Hu, Q.-N. (2021). SARS2020: an integrated platform for identification of novel coronavirus by a consensus sequence-function model. Bioinformatics (Oxford, England), 37(8), 1182-1183. doi: 10.1093/bioinformatics/btaa767

Zhang, L. & Lin, D. (2020). Crystal structure of SARS-CoV-2 main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors. 368(6489), 409-412. doi: 10.1126/science.abb3405

Cetak