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롱리드 시퀀싱 기술의 최신 동향
김동산(Lieber Institute for Brain Development)

롱리드 시퀀싱은 숏리드 시퀀싱과 달리 아주 긴 길이의 염기서열을 한 번에 해독할 수 있는 기술이다. 예전에는 롱리드 시퀀싱은... 롱리드 시퀀싱은 숏리드 시퀀싱과 달리 아주 긴 길이의 염기서열을 한 번에 해독할 수 있는 기술이다. 예전에는 롱리드 시퀀싱은 숏리드 시퀀싱 기술에 비해 비용적 및 기술적 측면에 열위에 있어 그동안 각광받지 못하였다. 그러나, 팩바이오 사와 옥스퍼드 나노포어 사를 중심으로 최근 그 한계들이 일부 극복이 되어 기존에 미처 해독되지 못하였던 인간 DNA 염기서열을 거의 완벽하게 해독하거나, mRNA의 이소형 발굴 등 다양한 분야에 응용이 되고 있다. 롱리드 시퀀싱 기술은 숏리드 시퀀싱 기술과 상보적으로 융합되어 향후 암 유전체 및 개인 유전체 연구 등 다양한 유전체 연구에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
- 2023.11.24.
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면역항암제의 효능평가를 위한 차세대 PBMC 인간화마우스 개발 동향
유대열(지에이치바이오(주))

면역항암제는 항암효과가 뛰어난 3세대 항암제이지만 일부 환자들에게만 치료 효과가 있어, 항암효과를 향상시키고 내성 및 독성... 면역항암제는 항암효과가 뛰어난 3세대 항암제이지만 일부 환자들에게만 치료 효과가 있어, 항암효과를 향상시키고 내성 및 독성을 극복할 수 있는 연구개발이 필요하다. 면역항암제의 비임상 평가를 위해 신뢰성 높은 마우스 모델이 필요한데, 최근 인체 말초혈액단핵세포(Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs)가 이식된 면역인간화마우스가 개발되어 널리 활용되고 있다. PBMC 인간화마우스는 제작기간이 짧고 인체의 성숙한 T 세포의 기능이 반영되어 면역항암제의 항암효능평가에 적합한 모델이다. 하지만 PBMC 인간화마우스 모델은, 인체 골수세포의 결여 등의 면역세포 인간화에 문제가 있어 이들을 해결하는 추가 연구가 필요하였다. 본 총설에서는 PBMC 인간화마우스의 연구동향 및 활용에 대해 살펴봄으로 면역항암제의 비임상평가에 유용한 정보를 제공하고자 한다.
- 2023.11.03.
- 조회수9037
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바이오안보 연구 동향 및 팬데믹 전후 변화
김재호(교수신문)

바이오안보는 코로나19나 조류인플루엔자와 같은 전염병의 확산을 차단하고 봉쇄하기 위한 조치이다. 바이오안보의 기본 도구는 ... 바이오안보는 코로나19나 조류인플루엔자와 같은 전염병의 확산을 차단하고 봉쇄하기 위한 조치이다. 바이오안보의 기본 도구는 차단, 근절, 통제이다. 바이오안보는 원래 농업 분야에서 해충 등 생물학적 위협을 막기 위한 관리와 실행을 의미했으나, 현대에 이르러 생물무기부터 식품 안전, 실험실과 연구실 안전, 인수공통감염병 대응, 사이버 바이오안보 등 그 영역이 넓어졌다. 바이오안전이 실험실의 관행과 절차, 안전 장비 등을 통해 실험실 내 작업자를 보호하는 프로그램이라면, 바이오안보는 출입 통제 같은 물리적 안보부터 운송, 정보, 인사 등과 관련한 안보를 아우른다. 실험실의 바이오안전과 바이오안보가 중요한 이유는 정당한 과학적 목적을 지녔으나 공중보건에 위협을 가할 가능성도 품은 이중용도 연구가 많아졌기 때문이다. 현대의 생물학적 위협은 합성생물학, 유전자가위, 나노바이오기술 등이 인공지능으로 정교하게 제조될 수 있다는 특징이 있다. 국내에는 화학무기금지조약(CWC)과 생물무기금지협약(BWC)을 명시한 생화학무기법이 생물무기에 대한 규제와 관리를 하고 있다. 질병 X는 가상의 병원체를 지칭한다. 그런데 질병 X를 유발하는 미지의 바이러스나 병원균은 인간이 스스로 만들어 내거나 도시로 가져온 경우가 많다. 유전자 변형으로 변종을 탄생시키거나 기괴한 바이러스를 만드는 실험이 자행되고 있다. 혹은 외딴 동굴·숲에 서식하는 정체불명의 병원체를 연구라는 목적으로 인구밀집 지역으로 옮겨오기도 한다. 바이오안보의 현대화를 위해 인실리코 기계 학습 알고리즘이나 바이오컨테인먼트에 주목할 필요가 있다. 인실리코 알고리즘은 가상·모의실험을 통해 예측하는 분석법으로 위험이 있을지도 모르는 실험실 내 임상실험을 대체할 수 있다. 실험실에서 유출되는 바이러스로 팬데믹이 다시 발생할 수 있어 감염성 유기체와 독소를 가두는 바이오컨테인먼트가 중요해지고 있다. 코로나19 팬데믹 이전의 바이오안보는 제국이냐 식민지냐를 결정할 만큼 의학적 권력을 부여했다. 코로나19가 발생하기 전에도 언제 인류를 덮칠지 모르는 감염병을 우려했고, 특히 외교·안보 차원의 조치가 중요했다. 뉴질랜드는 전 세계 최초로 바이오안보법을 제정해 원치 않는 유기체를 막기 위한 노력을 해왔다. 코로나19 팬데믹 이후 바이오안보는 언급 횟수가 급격히 늘었다. 코로나19로 자국 중심주의의 백신 불평등과 지적 재산 등 바이오안보 차원의 정보 격차가 심해졌다. 그래서 바이오안보의 격차를 줄이기 위한 노력도 필요하다. 아울러, 항균제 내성은 갈수록 심해지고 있어 새롭게 주목해야 할 바이오안보의 영역이다. 바이오안보 인식 조사 결과, 코로나19의 재확산이 제2의 팬데믹으로 가장 우려되는 것으로 나타났다. 바이오안보는 생물-화학테러나 실험실 바이러스 유출과 상관이 있는 걸로 파악됐다. 특히 바이오안보 대응을 위해 국가 정책과 제도 그리고 백신을 중요하게 간주했다. 팬데믹 공포가 확산되는 이유로는 지구온난화 등 이상기후와 의도적 바이러스 유출이 지목됐다.
- 2023.10.27.
- 조회수5001
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듀센 근이영양증(Duchenne Muscular Dystrophy, DMD) 연구 동향
한승엽(베일러 의과대학)

듀센 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy, DMD)은 X 염색체 연관 유전 패턴을 따르는 희귀한 근육 질환으로, 디스트로핀 단... 듀센 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy, DMD)은 X 염색체 연관 유전 패턴을 따르는 희귀한 근육 질환으로, 디스트로핀 단백질의 결여로 인해 근육을 파괴하는 질병이다. 이번 동향리포트에서는 DMD의 발병 기작, 돌연변이된 유전자의 역할, 디스트로핀 단백질의 결여가 근육에 미치는 영향 등을 다루며, 현재까지 DMD의 치료 현황을 정리하여 제공하고자 한다. DMD는 주로 남성 유아와 소아에서 발생하며, 근육을 형성하는 디스트로핀 단백질의 결핍으로 인해 근육이 점진적으로 파괴되는 선천적인 유전 질환이다. DMD는 X 성염색체상에 있는 디스트로핀 유전자 돌연변이에 의해 발생하며, 성염체 X 연관 반성 유전 패턴을 따른다. 따라서 남성은 하나의 돌연변이만으로도 DMD를 발병할 수 있지만, 여성은 두 개의 돌연변이를 가지고 있어야 발병할 수 있다. 여성의 경우 돌연변이를 X 염색체에 하나만 가진 경우 보인자의 형태를 띠며, 이는 DMD가 남성에서 훨씬 더 흔하게 발생하는 이유 중 하나이다. 디스트로핀은 세포 내에서 세포의 형태를 구성하는 세포골격 액틴 필라멘트와 세포막 사이를 이어주는 일종의 ‘배의 닻’과 같은 역할을 한다. 이러한 디스트로핀은 근육 섬유의 구조를 유지하고, 근육의 수축과 이완을 조절하는 역할을 하는데 있어 중요한 역할을 수행한다. 디스트로핀 단백질이 결핍되면 근육 섬유의 안정성이 저하되고, 근육 섬유가 손상되어 근육이 파괴되는 과정이 점진적으로 진행된다. 이에 따라 DMD 환자들은 근육의 약화와 변형, 운동 능력의 저하, 호흡과 심장에 이상을 보이는 등 다양한 근육의 기능에 필요한 장기에서 이상 증상들이 나타날 수 있다. 현재까지 DMD의 치료는 증상을 완전히 극복할 수 있는 치료법은 존재하지 않지만, 증상의 완화와 삶의 질 향상을 위한 다양한 치료 방법들이 연구되고 있다.
- 2023.10.13.
- 조회수13216
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스마트농업 기술 동향
이동진(인하대학교)

지속가능한 농업(sustainable agriculture)은 경제적으로 재생산할 수 있고, 보다 넓은 사회와 상호작용을 맺으며, 자연자본을 ... 지속가능한 농업(sustainable agriculture)은 경제적으로 재생산할 수 있고, 보다 넓은 사회와 상호작용을 맺으며, 자연자본을 지속적으로 활용할 수 있게 유지하면서 환경·생태 부담을 과중하게 지우지 않는 것이며, 이를 통해 미래 세대의 기본 요구를 손상시키지 않으면서 자연을 보존하는 동시에 농업의 효율성을 향상시키는 농업 기법이다. 현재 농업은 기후변화, 고령화, 환경파괴, 농촌소멸, 식량위기, 에너지 효율 등 여러 문제에 직면해 있다. 유엔식량농업기구(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)에 따르면 2050년까지 세계 인구가 거의 100억 명에 달할 것이며 농업은 삶의 지속과 사회 경제적 발전을 위한 핵심분야가 될 것이라고 강조했다. 1990-2015년 동안 수행된 연구는 식품의 생산, 가공, 운송, 포장, 소비 및 폐기 과정에서 배출되는 모든 전 세계 온실 가스(greenhouse gas) 배출량의 약 25~42%는 글로벌 식품 시스템에서 발생한다고 보고했다. 또한, 농업은 식량 안보의 기둥이지만 에너지 안보에 영향을 미치는 가장 큰 담수 사용자이며 앞으로 깨끗한 물에 대한 수요는 크게 증가할 것으로 예상된다. 이러한 문제를 해결하고 지속가능한 농업을 구현하기 위해 스마트농업 기술이 대두되었다. 스마트농업은 4차 산업혁명의 핵심기술(IoT, 클라우드, 빅데이터, AI, 플랫폼)을 기반으로 종자·생산·수확·유통·소비 등 농업 가치사슬(value chain) 모든 단계에 걸쳐 생산성을 높이고 최종 제품의 품질을 향상시켜 농업혁신을 창출하는 광의적 개념이다. 본 보고서는 스마트농업 관련 빅데이터, 주요 기계학습 모델 및 수확량 예측, 품질 유지, 농장 관리 등의 주요 응용 분야에 대해 다룬다.
- 2023.10.06.
- 조회수30550
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딥러닝 기반의 De novo 신약 디자인(DNDD)에 이용되는 생성 예측 모델 동향
강수임(Columbia University Irving Medical Center)

현재 우리는 데이터, 생물학, 공학 및 새로운 프레임워크에 의해 가능성을 재정의하는 포스트 게놈시대에 살고 있으며, 연구원, ... 현재 우리는 데이터, 생물학, 공학 및 새로운 프레임워크에 의해 가능성을 재정의하는 포스트 게놈시대에 살고 있으며, 연구원, 엔지니어 및 생명과학 회사들은 자연에서 영감을 받는 패러다임을 넘어서 생물학, 공학, 나노기술, IT 사이의 경계가 점점 모호해지고 다양한 많은 분야들이 유기적으로 통합되는 과정을 여러 해 동안 거치면서 새로운 ‘바이오 융합 정밀의료의 시대’를 열어가고 있다. 인간에게 불치병으로 불리던 질병들의 조기 효율적인 진단과 다양한 치료제로 개인 맞춤형 치료가 가능해지고 영화 속의 이야기가 아닌 지금 일어나고 있는 현실이다. 인간이 활용하기 어려울 만큼의 방대한 빅데이터 발굴의 기술발전, 다중 오믹스 데이터, 인공지능(AI) 알고리즘의 확대 적용과 더불어 고도로 발달하는 첨단생명과학 기술이 만들어낸 놀라운 결과라고 할 수 있다. 앞으로도 인공지능(AI)을 이용한 디지털 헬스 케어 분야는 디지털 전환의 속도가 점점 더 빨라질 것으로 본다. 이런 이유로, 많은 AI을 이용한 알고리즘과 툴이 개발되고 다양한 형태의 데이터들이 엔지니어들에 의해서 뿐만 아니라 연구자들이 목적에 맞게 선택하고 개발해 나가는 형태들로 변화를 거듭하고 있다. 이번 동향리포트에선 신약 디자인에 활용되고 있는 모델들과 알고리즘의 장단점, 다양한 오픈소스 프로그램과 툴 그리고 바이오 융합기술을 이용한 정밀의료(Precision Medicine) 시대의 도래에 대한 올바른 이해와 활용들을 소개하고자 한다.
- 2023.09.15.
- 조회수7418
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인공지능(딥러닝)을 활용한 신약 설계
이시영(지니너스 주식회사)

최근 신약개발의 동향은 기존의 전통적인 접근법을 넘어 새로운 플랫폼들을 도입하는 단계로 접어들고 있는데, 컴퓨팅 기술의 발... 최근 신약개발의 동향은 기존의 전통적인 접근법을 넘어 새로운 플랫폼들을 도입하는 단계로 접어들고 있는데, 컴퓨팅 기술의 발전과 축적된 데이터의 양이 늘어남에 따라서 이를 활용해 다각도로 예측모델을 만드는 것이 가능해지게 되었다. 이러한 데이터 등을 분석하여 3가지의 과정에 인공지능을 활용할 수 있게 되었는데, 하나는 질병을 치료, 개선하기 위한 ‘바람직한 타깃을 도출’하는 것, 다른 하나는 ‘타깃 단백질과 약물 간의 결합을 예측’하는 것, 다른 하나는 약물이 ‘어떤 환자에게 적용’이 될지 아는 것이다. 이 3가지에 대한 접근방법에서 수십 년간 수많은 데이터가 축적되어 왔으며, 일부는 새롭게 쌓이면서 신약 설계에 있어서의 효율을 높여가려고 한다.
- 2023.09.01.
- 조회수7206
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바이오산업 소부장 국내현황 및 경쟁력과 발전 방향
황정욱(㈜셀라토즈 테라퓨틱스)

바이오산업 분야는 전 세계적으로 큰 시장규모를 형성하고 있으며 지속적인 성장률을 나타내고 있다. 따라서, 연구개발, 제조, ... 바이오산업 분야는 전 세계적으로 큰 시장규모를 형성하고 있으며 지속적인 성장률을 나타내고 있다. 따라서, 연구개발, 제조, 생산 및 서비스 단계에서 활용되는 소재, 부품, 장비 (소부장)에 대한 중요성이 부각되고 있으며 국내 바이오산업의 수요기업들은 90% 이상 해외 소부장에 의존하고 있다. 최근, 코로나19 이후 해외 소부장에 대한 국내 공급망의 불안정성으로 인해 국내 바이오산업의 수요기업들이 연구개발에 치명적인 영향을 받고 있다. 따라서 정부에서는 바이오소부장에 대한 중요성을 인식하고 국내 자립화를 성공적으로 이끌기 위한 소부장 협의체 구축하였으며, 정부지원정책들을 발표하고 있다. 본 보고서에서는 바이오소부장의 국내현황과 발전방향에 대한 설명과 정부정책에 대한 방향성을 확인하고자 한다.
- 2023.08.18.
- 조회수17262
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장기 칩, 오가노이드 기반 호흡기질환 연구
서수영(한국산업은행)

최근 미국이 신약 개발 단계에서 동물실험 의무조항을 삭제하면서 실험동물을 대체할 수 있는 동물대체시험법에 대한 관심이 커... 최근 미국이 신약 개발 단계에서 동물실험 의무조항을 삭제하면서 실험동물을 대체할 수 있는 동물대체시험법에 대한 관심이 커지고 있다. 동물대체시험법은 실험동물을 대체하여 화학물질의 효능이나 독성을 평가할 수 있는 시험법으로, 종류로는 장기 칩, 오가노이드, 컴퓨터 시뮬레이션 등이 있다. 특히 장기 칩과 오가노이드는 종(species) 간 차이를 극복할 수 있으면서 실제 사람의 장기와 유사한 구조, 기능을 구현 가능하다는 점에서 미래 유망 기술로 여겨지고 있다. 단순히 비임상 플랫폼 뿐만 아니라 재생 치료제, 질환 모델링, 정밀 의학 등에 활용이 가능하여 기술의 미래 잠재력이 크다고 평가받는다. 특히 최근에는 각종 바이러스 연구에 장기 칩과 오가노이드가 활용되면서 그 잠재성을 더욱더 인정받고 있다. 동물대체시험법이 신약개발단계에서 활용되기까지 아직 기술적, 제도적으로 해결해야 할 점들은 많지만 장기 칩, 오가노이드와 같은 주요 핵심 기술들이 국내외로부터 미래 유망기술에 선정되고 있으며, 우리나라도 정부 차원에서 기술의 도입과 활성화를 위한 지원 체계를 마련하면서 앞으로 그에 상응한 기술의 발전이 기대된다. 본 동향 리포트에서는 동물대체시험법 중 유망 기술로 평가받는 장기 칩과 오가노이드의 기술 동향과 호흡기 질환 연구 사례에 대해 개괄적으로 살펴보았다.
- 2023.08.08.
- 조회수12002
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감염병 예방 및 치료를 위한 인공항체 연구 동향
안영욱, 정희진(홍익대학교)

항체는 감염병을 유발하는 원인 분자 등의 항원에 대해 높은 특이성 및 친화성을 나타내기 때문에 감염병 예방 및 치료를 위한 ... 항체는 감염병을 유발하는 원인 분자 등의 항원에 대해 높은 특이성 및 친화성을 나타내기 때문에 감염병 예방 및 치료를 위한 의약품으로 활용되고 있다. 하지만 마우스 등의 동물로부터 유래한 항체를 사람에게 투여하면, 투여항체를 항원으로 인식하여 그 항체에 대한 항체가 인체 내부에서 생산될 가능성이 높다. 이러한 한계점을 극복하고자, 키메라항체, 인간화항체, 완전인간화항체 등 마우스 등에서 유래한 항체의 유전자 배열의 일부를 인간 유래 항체 유전자의 일부와 유전자클로닝을 통해 융합한 항체 또는 인간 유래 항체 유전자의 전체를 대장균 및 동물세포 등을 사용하여 생산한 재조합항체에 해당하는 인공항체가 활발히 개발되고 있다. 본 고에서는 인공항체의 의미와 다양한 인공 항체의 형태 및 제작 기술을 장단점을 포함하여 설명하고, 대표적인 감염병을 예방 및 치료하기 위해 개발된 인공항체에 대해 기술한다.
- 2023.07.28.
- 조회수6229
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