1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

 크론병은 소장 및 대장을 포함한 소화기관에서 발생하는 염증으로 인해 혈변, 복통, 설사 등의 증상이 만성으로 나타나며, 평생 지속되는 난치성 질환입니다. 크론병은 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템 사이의 이상 상호작용으로 인해 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 그렇기 때문에 실제 세포 수준에서 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템이 상호작용하는 것을 확인하는 것이 크론병의 정확한 병인 기전을 이해하고 효과적인 치료 전략을 개발하는 데 매우 중요합니다.
 저는 저희 연구팀과 함께 장 조직 내에서 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 공간적 사람-미생물 유전자 발현 프로파일링 파이프라인을 개발했습니다. 개발된 공간적 장 조직-미생물 프로파일링 파이프라인은 인체 조직의 RNA 발현 뿐 아니라 인체 조직 내에 침투한 미생물의 RNA를 동시에 검출하고 그 연관 관계를 분석하는 방법입니다. 미생물 RNA의 정확한 탐지를 위해 미생물 RNA 탐지 파이프라인 내에서 인체 RNA로 인한 혼동을 최소화하도록 하고, 동일 장조직에 시행한 샷건 메타지놈 시퀀싱 방법으로 확인된 실제 장내 균주로 필터링하는 과정을 거칩니다. 이를 통해 특정 미생물의 분포로 인해 나타나는 사람 세포의 반응을 세포 수준 해상도로 확인할 수 있습니다.
 이 파이프라인을 이용한 연구 결과, 크론병 장 조직에서 미생물 분포가 정상에 비해 현저히 증가되어 있음을 확인했으며, 특히 염증이 심한 부위에서 미생물 분포가 더욱 크게 증가되어 있음을 발견했습니다. 또한 이러한 미생물 분포 정도가 환자의 질병 재발 시기 및 내시경 검사에서 확인되는 중증도와 강한 연관성을 보여, 미생물 분포를 통해 크론병 환자의 예후를 예측할 수 있는 가능성을 확인하였습니다. 연구팀은 또한 미생물의 존재에 따른 인체 세포의 세포 사멸 정도를 확인함으로써 크론병과 관련된 다수의 유익균 후보와 병원균 후보를 식별했으며, 이 중 일부는 기존에 보고되지 않은 새로운 치료 후보 세균 군주임을 확인했습니다. 또 미생물의 종류에 따라 발현이 유도되거나 발현이 저해되는 RNA를 확인하여 미생물과 장 내 사람세포 간의 상호작용을 추정하였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

 저는 박유랑 교수님께서 운영하시는 진행하는 연세대학교 의과대학 의생명시스템정보학교실 Digital Healthcare Lab (DHLab)에 소속되어 있습니다. 저희 연구실에서는 의료 데이터를 이용해서 인공지능, 멀티오믹스 방법등을 활용한 다양한 융합 연구를 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 새로운 아이디어와 계획들을 학생들이 계획하고, 지도교수님과 함께 이를 구체화하면서 체계적으로 진행되는 것을 경험할 수 있는 연구실입니다. 또한 연세대학교 의료원 내 다양한 임상과들을 포함한 다양한 국내외 임상 및 연구기관과 협업하여 여러 프로젝트를 진행하고 있어서 의료 정보 및 인공지능을 활용한 연구를 하고자 하는 학생, 연구자들에게 더할 나위없이 좋은 기회들이 주어지는 곳이라 생각됩니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

 한 편의 논문을 완성하려면 많은 분들의 도움이 필요하다는 것을 배웠습니다. 무엇보다 크론병 환자들의 조직 샘플을 확보하는 것부터 시작해서, 연구의 여러 단계들을 진행하는 과정에서 막힐 때마다 방향을 제시해주신 교수님들께 정말 감사했습니다. 또한 다양한 의견으로 치열한 디스커션을 하면서 서로 응원해주는 우리 연구실 구성원들이 있어서 이렇게 연구를 완성할 수 있었던 것 같습니다. 실험이 계속 실패하고 결과가 나오지 않을 때도 포기하지 않고 함께 고민해주고, 새로운 아이디어를 제안해주는 동료들이 있었기에 끝까지 할 수 있었습니다. 한국보건산업진흥원의 융합형 의사과학자 양성 사업의 펀딩 지원이 연구 계획 수립부터 실험 진행까지 큰 도움이 되었습니다. 이런 지원이 없었다면 장기간에 걸친 연구를 지속하기 어려웠을 것입니다. 혼자서는 절대 할 수 없었던 연구였다고 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

 연구는 참 어려운 것 같습니다. 연구 주제를 정하는 것부터, 데이터를 수집하고 결과를 도출하는 모든 과정 중에 여러 크고 작은 어려움을 마주치게 됩니다. 연구라는 것은 본질적으로 새로운 사실을 만들어내야 하는 일이기 때문에, 그 결과가 완성되기 전까지는 의미 있는 결과가 될지 알 수 없는 불확실한 상황 속에서, 연구자들은 언제까지 어떤 방법으로 연구를 진행할지 끊임없이 고민하고 갈등하게 됩니다. 저도 연구 과정에서 진행이 잘 되지 않아 답답한 순간들이 많았고, 그럴 때마다 어떻게 헤쳐 나가야 할지 막막했습니다.
 하지만 그런 상황에서도 하나하나 차근차근 조금씩 해나가는 수 밖에 없다고 수밖에 없다고 생각합니다. 결과가 잘 나오지 않을 때도 묵묵히 계속 이어갈 수 있는 인내가, 어려운 시간 가운데 필요한 것 같습니다. 불확실성 속에서도 조금씩 하나의 과정을 채워가는 하루하루들이 필요하다고 생각합니다. 그 어려운 단계들을 지내고 나면 어느 순간에는 깨우치는 순간이 있고, 그런 작은 깨달음들이 쌓여서 좋은 연구가 되어가는 것 같습니다. 그런 순간들을 마주하게 되면서 느끼는 연구의 즐거움은 너무 크고, 나의 연구를 통해서 지식의 경계를 조금씩 넓히고 어쩌면 다른 사람들을 도울 수 있다는 기대를 하게 되는 것이 연구의 매력인 것 같습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

 다양한 소아 소화기 희귀 난치병을 대상으로 유전체-마이크로바이옴 상호 관계를 다루는 연구를 계속 진행하고 싶습니다. 다양한 마이크로바이옴들이 우리 몸과 이루는 복잡한 관계를 밝혀내는 연구를 하고 싶습니다. 크론병 외에도 궤양성 대장염이나 다른 소아 소화기 질환에서 미생물과 숙주 세포 간의 상호작용을 규명할 수 있도록, 이번 연구에서 개발한 공간적 사람-미생물 유전자 발현 프로파일링 파이프라인을 더욱 정교화하고, 여러 질환으로 확장하는 것이 목표입니다.
 또 다른 방향으로는 의료 데이터의 특성을 반영한 인공지능 알고리즘 고도화 연구도 진행하고자 합니다. 현재 의료 데이터에 적합한 멀티플 인스턴스 러닝 인공지능 알고리즘 개발을 진행하고 있습니다. 의료 데이터가 가지는 특수성과 복잡성을 고려한 새로운 접근법을 통해 임상 현장에서 발생하는 불완전한 데이터들을 보다 효과적으로 처리할 수 있는 방법론들을 개발하고 싶습니다.
 이러한 연구들이 모두 소아청소년 환자들에게 도움이 되는 방향으로 이어질 수 있도록 하는 것이 제 궁극적인 바람입니다. 그런 의미 있는 연구를 꾸준히 차근차근 이어가는 연구자가 되는 것이 저의 목표입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

 좋은 환경을 만들어 주시고 항상 격려해주신 지도 교수님이신 박유랑 교수님과 의사과학자의 길을 알려주시고 이끌어 주신 고홍 교수님께 감사를 드리고 싶습니다. 연구를 적극적으로 도와 주시고 격려해주신 이은주 교수님, 박소원 교수님, 임혜지 교수님께도 큰 감사를 드립니다. Microbiome이라는 학술지에 연구를 완성해 게재할 수 있도록 분석 과정에 큰 도움을 주신 안병수 선생님과 허윤 선생님에게도 감사를 드립니다. 홍재성 선생님, 김진용 선생님, 이주현 선생님, 김종현 선생님, 강은애 선생님을 포함한 사랑하는 연구실 DHLab 및 MCU 소속 선생님들께도 감사를 드립니다. 의사과학자 선후배로 항상 응원해주신 성민동 선생님, 최보규 선생님, 고찬영 선생님, 장재혁 선생님, 김태원 선생님, 황정연 선생님께도 감사를 드립니다. 의료 현장에서 묵묵히 환자들을 돌보고 있는 존경하는 소아청소년과 동기들과 선후배 선생님들께도 진심으로 감사를 드립니다. 항상 지지해주시는 아버지, 어머니와 동생, 그리고 따뜻하게 격려해주시는 장인 어른, 장모님께도 진심으로 감사를 드립니다. 마지막으로 언제나 곁에서 응원해주는 사랑하는 아내에게 항상 사랑하고 고맙다는 말을 전합니다.
  이 연구를 통해 크론병으로 투병하고 있는 환자분들에게 작은 도움이라도 될 수 있기를 바라며, 앞으로도 환자들에게 도움이 되는 연구를 할 수 있도록 노력하겠습니다. 모두 감사합니다.