## APLIKASI FILOGENETIK DI DUNIA BIOLOGI KESEHATAN: MELACAK PANDEMIC PATHOGEN

## Mahfut
Jurusan Biologi Fakultas MIPA, Universitas Lampung
Jl. Prof. Soemantri Brojonegoro No. 1, Gedong Meneng, Rajabasa, Bandar Lampung. 35141 E-mail: mahfut.mipa@mipa.unila.ac.id
Abstract:  Phylogenetics  is  known  as  a  study  related  to  biological  science. Phylogenetics  provides  facilities  in  the  fields  of  human  epidemiology, ecology,  and  evolutionary  biology.  In  evolutionary  science,  this  field  of science  is  used  to  integrate  spatial  data  in  detecting  the  journey  of  living things  over time.  In  health  biology,  the  development  of  this  science  is  also used to detect the spread of disease/pathogens from a region  to the global direction. Phylogenetic analysis is able to describe the origin of the disease, the pattern of distribution, and speciation. In the pandemic analysis, several diseases  that  have  been  analyzed  are  the  Chikungunya  virus  outbreak  in 2007, Ebola and H3N2 influenza virus in 2014, and the SARS-CoV-2 virus in  2020.  The  study  results  reveal  that  the  SARS-CoV-2  virus  has  three variants  of  lineage  groups,  namely  types  A,  B,  and  C.  The  Covid-19  virus type  A  was  first  discovered  in  Wuhan  City,  China.  Meanwhile,  the  type  A virus  mutation  is  seen  in  the  United  States  and  most  of  these  viruses  have also  been  found  in  corona  positive  patients  from  Australia.  The  Covid-19 type B virus was detected in patients living in East Asia, while the Covid-19 type was concentrated in the European region.
Keywords: COVID-19, pandemic, phylogenetics, SARS-CoV-2, virus

## PENDAHULUAN
ilogenetika  dikenal  sebagai  kajian  yang  berkaitan  dengan  ilmu  biologi  yang menyediakan fasilitas dalam bidang epidemiologi manusia, ekologi, dan evolusi. Filogenetika  merupakan  salah  satu  cabang  ilmu  biologi  yang  mempelajari hubungan  evolusioner  dan  pola  keturunan,  kelompok  organisme.  Analisis  filogenetika tidak terlepas dari evolusi biologi. Evolusi adalah proses gradual  yang memungkinkan suatu  spesies  sederhana  menjadi  lebih  komplek  melalui  akumulasi  perubahan  dari beberapa  generasi.  Keturunan  akan  memiliki  perbedaan  dari  nenek  moyangnya  sebab sedang berubah dalam sebuah evolusi (Dharyamanti, 2011).
Analisis  filogenetika  digunakan  dalam  mempelajari  analisis  variasi  genetik  dan analisis  sistematika.  Dalam  mempelajari  analisis  variasi/diferensiasi  genetik  antar populasi,  jarak  genetik  dapat  dihitung  dari  jumlah  perbedaan  basa  polimorfik  suatu lokus  gen  masing-masing  populasi  berdasarkan  urutan  DNA.  Analisis  sistematika dilakukan  melalui  konstruksi  sejarah  evolusi  dan  hubungan  evolusi  antara  keturunan dengan  nenek  moyangnya  berdasarkan  pada  kemiripan  karakter  sebagai  dasar  dari perbandingan (Dharyamanti, 2011).
Dalam  sistem  biologis,  proses  evolusi  melibatkan  mutasi  genetik  dan  proses
F
rekombinan  untuk  membentuk  spesies  yang  baru.  Sejarah  evolusi  organisme  dapat diidentifikasi  dari  perubahan  karakter.  Karakter  yang  sama  adalah  dasar  untuk menganalisis  hubungan  satu  spesies  dengan  spesies  lainnya.  Pohon  filogenetik  adalah pendekatan  logis  yang  menunjukkan  hubungan  evolusi  antara  organisme.  Filogenetik diartikan  sebagai  model  untuk  merepresentasikan  sekitar  hubungan  nenek  moyang organisme,  sekuen  molekul  atau  keduanya.  Salah  satu  tujuan  dari  penyusunan filogenetik  adalah  untuk  mengonstruksi  dengan  tepat  hubungan  antara  organisme  dan mengestimasi  perbedaan  yang  terjadi  dari  satu  nenek  moyang  kepada  keturunannya (Zhou et al ., 2020; Wu et al ., 2020).

## APLIKASI FILOGENETIKA DI DUNIA BIOLOGI KESEHATAN
Filogenetika  adalah  studi  aplikasi  yang  diintegrasikan  dengan  data  spasial  untuk membuat  kesimpulan  tentang  pergerakan  geografis  organisme  melewati  waktu.  Dalam biologi  evolusi,  studi  ini  sering  diterapkan  untuk  melacak  pola  migrasi/penyebaran hewan  dan  tumbuhan  di masa lalu.  Pada ilmu  biologi  kesehatan  dapat  juga  digunakan untuk melacak jenis organisme lain  yaitu patogen. Teknik filogeografi memungkinkan para  peneliti  untuk  melacak  infeksi  ketika  patogen  menyebar  secara  geografis  pada berbagai skala dari lokal ke global. Hampir setiap wabah penyakit utama di era pasca- genomik  telah  dipelajari  dengan  cara  ini,  termasuk  Ebola  yang  pada  tahun  2014 mewabah  di  Afrika  Barat.  Apliksi  filogenetika  digunakan  untuk  melacak  asal-usul wabah tersebut ke Guinea dan menggambarkan bagaimana patogen menyebar ke Sierra Leone dua kali secara mandiri.
Saat  ini  populasi  terhubung  oleh  perjalanan  komersial  dalam  skala  global. Manusia  dapat  melakukan  perjalanan  ke  negara  lain  lebih  mudah  dari  sebelumnya. Tentu saja hal ini memiliki efek samping yang tak terhindarkan dari penyebaran bakteri dan  virus  patogen  antar  populasi  yang  sudah  terpisah  jauh  jaraknya.  Dengan  aplikasi filogenetika,  ahli  epidemiologi  mampu  memahami  dinamika  bagaimana  penyakit menyebar  dalam  skala  global.  Hasil  penelitian  tersebut  selanjutnya  digunakan  dalam merumuskan langkah-langkah penanggulangan pandemik yang paling efektif (Lemey et al ., 2014).

## MELACAK PANDEMIC PATHOGEN DENGAN FILOGENETIKA
Salah satu penelitian aplikasi filogenetik dalam biologi kesehatan adalah Lemey et al . (2014) yang mempelajari subtipe H3N2 dari virus Influenza A (IAV) dan infeksinya yang  didistribusikan  secara  global  antara  tahun  2002  dan  2007.  Dengan  menggunakan lebih dari 1.000 sampel virus dari seluruh dunia, peneliti menghitung filogeni (Gambar 1) dan menggabungkannya dengan informasi geografis yang menyimpulkan pergerakan virus di seluruh dunia dalam kurun waktu 5 tahun.
Hal  ini  dibandingkan  dengan  model  berdasarkan  data  penerbangan  dan penumpang  yang diperoleh dari lebih dari 4000 bandara, dan ditemukan bahwa model ini memprediksi filogeni molekuler dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi. Dengan kata lain, aliran penumpang udara adalah pendorong utama penyebaran H3N2 Influenza di  seluruh  dunia.  Karena  filogenetik  yang  dikombinasikan  dengan  data  spasial memungkinkan  para  peneliti  untuk  menyimpulkan  lokasi  populasi  virus  sebelum menyebar  ke  lokasi  di  mana  sampel  dikumpulkan.  Lemey et  al .  (2014)  mampu menganalisis bahwa sumber utama virus  dari tahun ke tahun adalah dari daratan Cina.
Dengan  kata  lain,  penerbangan  yang  datang  dari  daratan  Cina  adalah  pembawa  utama virus ketika menyebar ke seluruh dunia.
Melacak  patogen  di  berbagai  negara  dan  benua  seperti  ini  telah  menjadi  praktik standar  dalam  mengidentifikasi  dan  mengendalikan  wabah.  Sekarang  mungkin  untuk mengidentifikasi  wabah  baru,  mengurutkan  patogen,  dan  menempatkannya  di  pohon filogenetik  untuk  mengidentifikasi  sumber  patogen  yang  paling  mungkin.  Sebagai contoh, tes semacam ini dilakukan oleh Rezza et al . (2007) saat wabah terisolasi virus Chikungunya  di  pedesaan  Italia.  Kasus  indeks  wabah  adalah  seorang  pria  yang  baru- baru ini dikunjungi oleh seorang kerabat dari India. Benar saja, ketika ditempatkan pada filogeni,  virus  itu  paling  dekat  hubungannya  dengan  isolat  dari  India.  Hal  ini menjelaskan bahwa virus Chikungunya tersebut berasal dari India.
Gambar  1.  Analisis  filogenetik  Berkorelasi  dengan  rute  penerbangan  penumpang  dengan filogeni  subtipe  H3N2  dari  Influenza  A  (IAV).  (A)  Peta  berwarna  seperangkat bandara  di  seluruh  dunia.  (B)  Filogenetik  virus  influenza  H3N2  (Lemey et  al ., 2014)

## STUDI FILOGENETIK ASAL VIRUS SARS-COV-2
Foster et  al .  (2020)  yang  merupakan  gabungan  peneliti  dari  Universitas Cambridge  Inggris  dan  Jerman  membuat  studi  terkait  asal  usul  pandemi  virus  corona SARS-CoV-2  yang  menyebabkan  penyakit  Covid-19.  Peneliti  merekonstruksi  jalur evolusi  awal  virus  SARS-CoV-2  pada  manusia  menggunakan  teknik jaringan  genetika dengan menganalisis ratusan genom virus. Peneliti memetakan penyebaran virus corona melalui  mutasinya  yang  menciptakan  garis  keturunan  virus  yang  berbeda.  Hasilnya diasumsikan  bahwa  infeksi  pertama  virus  SARS-CoV-2  terjadi  pada  pertengahan September 2019.
Peneliti  menggunakan  algoritma  jaringan  matematika  untuk  memvisualisasikan
bagaimana  virus  menyebar  dari  manusia  satu  ke  manusia  lainnya.  Teknik-teknik  ini digunakan  untuk  memetakan  pergerakan  populasi  manusia  prasejarah  melalui  DNA. Metode  ini  bisa  melacak  rute  infeksi  virus  corona  Covid-19  menggunakan  data  dari genom  virus  yang  diambil  dari  pasien  yang  terinfeksi  Covid-19  di  sejumlah  negara- negara, mulai 24 Desember 2019 dan 4 Maret 2020.
Hasil  studi  mengungkapkan  virus  SARS-CoV-2  memiliki  tiga  varian  dari kelompok garis keturunan yaitu tipe A, B, dan C. Para peneliti menemukan bahwa jenis virus Covid-19 tipe A pertama kali ditemukan di Kota Wuhan, China. Sementara mutasi virus  tipe  A  terlihat  di  Amerika  Serikat  dan  sebagian  besar  virus  ini  juga  ditemukan pada pasien positif corona dari Australia.
Virus Covid-19 tipe B terdeteksi pada pasien  yang tinggal di  Asia Timur. Meski begitu,  virus  tipe  ini  tidak  bermutasi  ke  luar  wilayah  tersebut  dan  sifatnya  menetap. Varian  virus  corona  tipe  C  ini  lebih  banyak  ditemukan  di  Benua  Eropa.  Ada  empat negara  utama  yang  menjadi  awal  penyebaran  virus  di  Eropa  yaitu  Perancis,  Italia, Swedia, dan Inggris. Meski begitu, Forster dan tim juga menemukan virus corona tipe C di Singapura, Hongkong, dan Korea Selatan.
Hasil  studi  selanjutnya  yaitu  virus  tipe  C  yang  ditemukan  di  Italia  sebenarnya berasal  dari  pasien  positif  Covid-19  asal  Jerman  yang  pertama  kali  muncul  pada  27 Januari 2020. Sebelumnya banyak kalangan yang menilai bahwa wabah virus corona di Italia  dibawa  oleh  klaster  Singapura.  Virus  corona  tipe  A  juga  diidentifikasi  paling dekat  hubungannya  dengan  genom  kelelawar  dan  trenggiling.  virus  corona  tipe  B berasal dari mutasi tipe A, sedangkan tipe C berasal dari mutasi virus B.
Berdasarkan  hasil  studi  tersebut,  peneliti  berpendapat  bahwa  metode  filogenetik dapat  diterapkan  pada  sekuensing  genom  virus  SARS-Cov-2  untuk  membantu memprediksi  perkembangan  virus  ini  ke  depannya.  Analisis  jaringan  filogenetik memiliki potensi untuk membantu mengidentifikasi sumber infeksi Covid-19 yang tidak terekam sehingga dapat menyebarkan infeksi lebih lanjut (Zhou et al ., 2020; Wu et al ., 2020).
Hingga  saat  ini  tim  Foster et  al .  (2020)  telah  memperluas  analisisnya  dengan melibatkan  1.001  genom  virus.  Hasil  penelitian  terbaru  menunjukkan  bahwa  infeksi pertama  dan  penyebaran  Covid-19  antara  manusia  ke  manusia  terjadi  antara pertengahan September dan awal Desember 2019. Keseluruhan peta persebaran Covid- 19 sesuai dengan analisis filogenetika menggunakan situs nextrain (Gambar 2).
Gambar 2. Analisis filogenetik persebaran COVID-19 pada situs nextrain

## KESIMPULAN
Dalam  ilmu  biologi  kesehatan,  perkembangan  ilmu  filogenetika  juga  digunakan untuk mendeteksi penyebaran penyakit/patogen dari suatu wilayah ke arah global. Ilmu ini  mampu  mendeskripsikan  asal-usul  penyakit,  pola  penyebaran,  dan  spesiasi.  Dalam analisis  pandemik,  beberapa  penyakit  yang  telah  dianalisis  adalah  wabah  virus Chikungunya pada tahun 2007, Ebola dan virus influenza H3N2 pada tahun 2014, dan virus SARS-CoV-2 pada 2020. Hasil studi mengungkapkan bahwa virus SARS-CoV-2 memiliki tiga varian dari kelompok garis keturunan yaitu tipe A, B, dan C. Virus Covid- 19 tipe A pertama kali ditemukan di Kota Wuhan, China. Sementara mutasi virus tipe A terlihat  di  Amerika  Serikat  dan  sebagian  besar  virus  ini  juga  ditemukan  pada  pasien positif corona dari Australia. Virus Covid-19 tipe B terdeteksi pada pasien yang tinggal di Asia Timur sedangkan Virus Covid-19 tipe terpusat di wilayah Eropa.

## DAFTAR PUSTAKA
Dharyamanti, NLPI. 2011. Filogenetika Molekuler: Metode Taksonomi Organisme Berdasarkan Sejarah Evolusi. Wartazoa , 21(1), 1-10.
Forster  P.,  Forster  L.,  Renfrew  C.,  &  Forster  M.  (2020).  Phylogenetic  network  analysis  of SARS-CoV-2 genomes. PNAS (Proceedings  of the National Academy of Sciences of the United States of America) , 117(17), 9241-9243. Doi. 10.1073/pnas.2004999117.
Lemey,  P,.,  Rambaut  A.,  Bedford  T.,  Faria  N.,  Bielejec  F.,  Baele  G.,  &  Suchard  MA.  (2014).
Unifying  Viral  Genetics  and  Human  Transportation  Data  to  Predict  the  Global Transmission  Dynamics  of  Human  Influenza  H3N2. Plos  Pathogens ,  10(2),  1-10. Doi. 10.1371/journal.ppat.1003932.
Rezza, G., Nicoletti  L., Angelini R.,  Romi R., Finarelli  AC., Panning M., Cordioli P., Fortuna C., Boros S.,  Magurano F., Silvi G., Angelini P., Dottori M., Ciufolini MG., Majori GC., &  Cassone  A.  (2007).  Infection  with  Chikungunya  Virus  in  Italy:  An  Outbreak  in  a Temperate  Region. Lancet ,  370(9602),  1840-1846.  Doi.  10.1016/S0140-6736(07)61779- 6.
Wu F., Zhao S., Yu B., Chen YM., Wang W., Song ZG., Hu Y., Tao ZW., Tian JH., Pei YY., Yuan  ML.,  Zhang  YL.,  Dai  FH.,  Liu  Y.,  Wang  QM.,  Zheng  JJ.,  Xu  L.,  Holmes  EC., & Zhang YZ. (2020). A New Coronavirus  Associated With Human Respiratory Disease in China. Nature . 579, 265–269. Doi. 10.1038/s41586-020-2008-3.
Zhou P., Yang XL., Hu B., Zhang L., Zhang W., Si HR., Zhu Y., Li B., Chen J., Luo Y., Guo H., Jiang RD., Liu MQ., Chen Y., Shen XR., Wang X., Zheng XS.,  Zhao K., Chen QJ., Deng  F.,  Yan  B.,  Wang  YY.,  Xiao  GF.,  &  Shi  ZL.  (2020).  A  Pneumonia  Outbreak Associated With A New Coronavirus of Probable Bat Origin. Nature , 579, 270-273. Doi. 10.1038/s41586-020-2012-7.