한빛사 인터뷰
- 등록2023-10-04
- 조회1,310
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
우리는 현재 인간의 유전체 (genome) 정보가 모두 파악된 post-genomic era에 살고 있습니다. 그러나, genome 정보만 가지고 우리가 인간의 모든 것을 이해했다고 말하기는 힘듭니다. 예를 들어, 한 개인의 genome 정보를 모두 파악했다고 하더라도, 그 사람이 다른 사람과 비교하여 특정 질병에 걸릴 확률이 얼마나 되는지, 다양한 약물에 어떻게 반응할지 등을 자세히 파악하는 일은 아직도 어려운 일입니다. 예전에 비해 개인의 genome을 파악하기 무척 쉬워진 요즘, 정밀의학 (precision medicine) 의 큰 목표 중 하나는, 환자의 genome 정보에 기반하여, 올바른 치료법을, 올바른 환자에게, 올바른 때에 제공하는 것입니다. 그러나 각 환자의 genome에 존재하는 개인 특이적 유전변이들이 어떻게 동작하는지를 이해하지 못한다면, 가장 효율적인 개인 맞춤형 치료법이 무엇인지 알기 힘들어, 정밀의학의 목표를 달성하기가 힘듭니다. 실제로 다양한 유전 질환에서 발견되는 대부분의 유전변이의 기능이 아직 밝혀져 있지 않습니다. 이런 한계점을 극복하고자 이번 연구를 통해, 유전변이들의 기능을 훨씬 빠르게, 대용량으로 검증할 수 있는 방법을 개발하였습니다.
기존 유전변이 기능 탐구는 GWAS 등 기존에 존재하는 환자 샘플 분석을 통해 주로 진행되어 왔습니다. 저는 언제든 원하는 유전변이를 빠르고, 대용량으로 검증할 수 있도록 CRISPR를 이용한 유전자 편집과 단일 세포 시퀀싱을 융합한 새로운 연구방법을 개발하였습니다. 먼저, 다양한 CRISPR base editor를 이용해 수많은 유전변이를 각 세포에 효율적으로 도입하였습니다. 그 후, 다양한 유전변이를 가진 각 세포들을 단일 세포 시퀀싱을 통해 각각 분석하였습니다. 이 때, 기존의 short-read 시퀀싱을 이용한 단일 세포 시퀀싱으로는, 각 세포가 가진 돌연변이를 파악할 수 없기 때문에, 새로운 long-read 시퀀싱 방법인 Oxford nanopore technology (ONT) 를 단일 세포 시퀀싱에 적용하였습니다. 이 과정을 통해 동일한 유전적 배경을 가진 세포에 수백개 이상의 유전변이를 각각 도입하고, 그 변이들이 세포에 어떤 영향을 주는지 체계적으로 연구할 수 있었습니다. 이와 같은 다양한 유전변이들에 대한 이해는 환자 맞춤형 치료법 개발을 통한 정밀의학에 큰 도움이 될 것으로 기대합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
Stanford에서 연구를 시작하여, 최종적으로 한양대학교 생명과학과에서 연구를 마무리할 수 있었습니다. 제 연구실에서는 다양한 유전변이의 기능 탐구 및 그를 기반으로 한 유전변이 특이적 치료제 개발 등에 핵심이 되는 차세대 첨단 바이오 기술을 개발하고 있습니다 (https://sites.google.com/view/heonseok-kim-lab/). CRISPR를 포함한 첨단 유전자 편집기술, 단일세포/롱리드 시퀀싱 등 첨단 유전자 분석 기술 그리고 그들을 통해 생성된 빅데이터 분석 기술을 모두 엮어서 나오는 시너지를 기반으로, 정밀의료 달성을 위한 연구를 진행하고자 합니다. 기존에 존재하는 생물학적 샘플 뿐 아니라, 직접 원하는 세포를 만드는 합성생물학적 방식을 적극적으로 이용하고 있습니다.
한양대학교 생명과학과 및 최근에 설립된 한양대학교 생명과학기술원(HY-IBB)은 이러한 연구를 위한 우수한 인프라를 구축하고 있습니다. 첨단 바이오 기술 개발에 필요한 각종 장비들 (다양한 Single-cell sequencing 플랫폼 장비들, Illumina / Nanopore 등 다양한 시퀀싱 장비 및 High-power computing system) 들이 잘 갖춰져 있어, 이를 기반으로 해당 연구를 잘 마무리할 수 있었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 화학으로 시작해, 생물학을 복수 전공하며 생명과학 연구를 해 왔습니다. 화학에서 새로운 물질을 만들듯이, 생명과학을 통해 새로운 세포를 만들고 분석하는 일에 늘 흥미가 있습니다. 이처럼 기존에 없던 세포를 만들고, 기존에 없던 방식으로 그들을 분석하며 매일 새로운 길을 가는 것에서 많은 보람을 느낍니다. 또한 첨단 바이오 기술 개발 연구의 특성상 호흡이 빨라 매년 새로운 기술을 개발하고자 하는데, 이런 새로운 기술들이 쌓여가는 것을 돌아보면 자부심이 느껴 지기도 합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
첨단 바이오 기술 개발을 위해서는 늘 사용하던 기존 방법에만 의존하지 않고, 새로운 기술을 빠르게 습득하는 것이 중요합니다. 새로운 기술을 습득할 때도 겉핥기가 아니라 그 원리를 정확히 알고 사용해야 나중에 기술 간의 융합을 통해 새로운 융합기술을 만들어 낼 수 있습니다. 또한 아무리 새로운 첨단 바이오 실험 방법론을 개발하더라도, 그 데이터를 분석할 수 있는 생물정보학 기술이 없다면 그로부터 의미 있는 결과를 도출하기 힘듭니다. 그러므로 생물정보학에 익숙해질 수 있는 기회를 가져 보셨으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
미국으로 Post.doc을 나가며 가졌던 목표와 (https://www.ibric.org/bric/hanbitsa/han-interview.do?mode=view&id=59484&authorId=28947) 이전 연구를 마치고 이번 연구를 진행하며 가졌던 목표를 (https://www.ibric.org/bric/hanbitsa/han-interview.do?mode=view&id=73287&authorId=28947) 성공적으로 이룰 수 있었음에 감사합니다. 이번 인터뷰를 통해 말씀드리는 내용도 성공적으로 이룰 수 있길 기원하는 마음에서 앞으로의 계획을 말씀드리겠습니다.
앞으로 제 연구실에서 열정 있는 학생들을 연구자로 길러내며, 그들과 함께 더 많은 유전자 편집 기술을 세포에 적극적으로 도입하고, 더 많은 시퀀싱 기술을 그 세포들에 적극적으로 이용하여, 유전변이에 대한 이해를 훨씬 발전시키는 연구를 지속해 나가고자 합니다. 아직 새롭게 개발하고 최적화 할 수 있는 바이오 기술들과, 탐구해야 할 유전변이들이 너무나도 많이 있는데, 학생들과 함께 차근차근 해내고자 합니다. 세상에 존재하는 모든 유전변이에 대해 자세히 이해하여 그를 기반으로 진정한 환자 맞춤형 치료, 정밀의료를 달성할 수 있도록 노력하겠습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
Stanford에서 이 연구를 진행함에 도움을 준 Sue, Billy, Giwon, Hanlee 등 동료들에게 감사합니다. 또한 이 연구를 성공적으로 마무리 할 수 있게 도와 주신 한양대학교 생명과학과 교수님들과, 마무리 실험을 도와 주신 황규호 박사와 배상수 교수님, 많은 insight를 주신 김형범 교수님께 감사드립니다.
마지막으로 가족과, 가장 가까이서 함께 연구하며 큰 힘이 되어주는 노지헌 박사에게 무한한 감사를 드립니다.
#Single-cell CRISPR screen
# Precision medicine
# Cancer somatic mutation
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