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단일 세포(single cell) 분석을 이용한 다중 체학(Multi-omics) 연구 동향
고경대 (NIAMS/ NIH)
NGS 기술을 통한 시퀀싱 데이터는 질병과 세포 활동 연구에 필요한 유전체나 전사체, 후성유전체들의 발현에 관련되어 많은 정보를 제공하였다. 그러나, 이러한 발현 정보들은 시퀀싱에 사용한 세포군 전체에 대한 발현 정도를 평균하여 나타낸 것으로, 각각 세포 안에서 어떤 유전적인 변화가 일어나는지 측정하기 힘들다. 이러한 한계를 극복하기 위해 단일 세포(single cell) 분석 기술이 등장하였으며, 이 기술을 통해 세포들의 이질성(heterogeneity)을 유지하면서 각 세포군 내에서 발생하는 유전 정보를 축적하게 되었다. 이러한 정보들은 세포 분화 있어서 새로운 동적인 변화 기저나 암과 같은 복잡한 질병에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 새로운 세포군을 발견하는 데 중요한 역할을 하였지만, 유전체, 전사체 등을 각각 분석하는 단일 체학 분석을 통해 축적된 정보는 생명현상 전체를 이해하고 연구하는데, 있어서 충분한 정보를 제공하지 못하고 있다. 최근에 이러한 한계를 극복하기 위해, 단일 세포로부터 여러 가지의 유전물질을 동시에 추출하여 분석하는 단일 세포 다중 체학 분석 기술이 등장하기 시작하였다. 본문을 통해 이러한 분석 기술의 원리, 동향, 적용 분야들을 살펴보고자 한다.
2020.01.02 | 조회수 6,232 | 추천 1
미래형 농업기술에 관한 동향 및 전망
이규하 (전북대학교 생명과학과)
세계적으로 환경오염과 이에 따른 지구 온난화문제로 유발되는 기후변화는 농가의 곡물 자급률 하락을 유도하고 있으며, 농가의 소득 정체, 신규 농업인 유입 감소, 고령화 등과 같은 2차 문제점을 나타내고 있다. 따라서 농업 식량의 수요와 공급의 불균형을 해소하기 위한 대안 마련이 필수적이며, 이에 정부는 농가의 전문 농업인의 효율적인 업무능력을 활용하고 신규 농업인의 유입을 위한 대안으로 농업과 ICT 기술의 융•복합 산업이 접목된 스마트 팜 또는 식물공장 기술을 적극적으로 개발하고 있다. 계절이나 환경에 상관없이 연중 계획 생산이 가능하고, 무 농약 재배 및 고부가가치 식물 생산이 가능하다는 점에서 농•산업 분야에 스마트 팜 및 식물공장 기술은 급격한 성장을 이룰 것이라고 예상되고 있다. 따라서 본 보고서에서는 현재 식량부족문제와 관련 하여 겪고있는 문제점과 이를 해결하기 미래형 농업기술인 스마트 팜 및 식물공장에 개념 및 특성에 대해 알아보고 국내 동향 및 추진 전망 등을 분석하고자 한다.
2019.12.31 | 조회수 7,371 | 추천 0
오믹스를 이용한 통합 분석의 임상적 활용
박봉수 (Johns Hopkins University, Bloomberg Scho...)
인류는 끊임없이 새로운 것에 도전하고 있고, 질병과 싸우며 문명을 발전시켰다. 최근에는 생명과학의 비약적인 발전으로 질병을 미리 예측하고 효율적인 약을 적용할 수 있게 되어 인류의 수명이 연장되고 있다. 특히 생명과학은 정보과학의 발전과 함께 융합적인 접근법으로 방대한 양의 정보를 다루며 생명현상을 연구하게 되었다. 20년 전 최초의 유전자 지도가 만들어지고, 그것을 보완하는 데 천문학적인 비용이 들었던 과거와 달리 요즘은 다양한 기술의 발전으로 그 비용이 절감되어 유전체를 비롯한 오믹스(Omics) 데이터가 임상에도 사용되고 있다. 오믹스의 종류 중 유전체, 전사체는 표준화가 이미 많이 진행되었으며 암 진단과 예방에 두루 쓰이고 있다. 지금까지는 다양한 오믹스 기법이 ‘통합적’으로 사용되기보다는 필요에 따라 ‘부분적’으로 사용되었다. 이것은 통합적 분석을 할 때 드는 높은 비용과 적절한 활용법을 찾지 못한 데 있었다. 그런데 부분적 오믹스 데이터 생산의 비용도 저렴해지고, 분석하고 이해하는 방법론도 발전되어 통합적인 사용에 관한 연구도 활발하게 이루어지고 있다. 통합 오믹스(integrative omics) 기법이 임상에 활발하게 사용되기 위해서는 표준화와 재현성의 문제를 더욱 완벽하게 해결해야 하며, 개인의 유전적인 차이를 바탕으로 하여 정밀하게 진단 및 치료에 응용되어야 한다. 또한 유전체에 더해서 마이크로 바이옴(Microbiome)이 최근에 급부상하고 있는데 이는 몸에 존재하는 수많은 미생물이 우리의 질병에 직접적으로 관여하기 때문이다. 이번 리뷰에서는 오믹스 데이터의 융합 분석을 이용한 임상에서의 활용, 이로 인한 건강 정책의 변화와 개인화된 의료 서비스에 대해서 논의해 보고자 한다.
2019.12.19 | 조회수 13,897 | 추천 3
Chemical biology를 활용한 연구 개발 동향
김종표, 정희진 (홍익대학교)
화학적인 관점에서 생명현상을 해명하는 새로운 학문 분야인 Chemical biology는 화학과 생명과학의 융합이 바탕이 되는 통합적 연구영역으로 발전되고 있다. Chemical library로부터 high-throughput screening에 의해 유용한 화합물을 발견하고 그것을 사용하여 생명현상을 탐구한다. 예를 들어, 특정 단백질의 기능을 촉진하거나 저해하는 화합물을 동정한 후 화학적으로 합성한 다음 그것을 probe로 하여 세포내부에서의 작동기작 및 표현형 해석 등에 이용한다. 본 원고에서는 화학을 출발점으로하여 생물학에 귀착하는 Chemical biology의 개념 및 실용 예를 정리하고 응용범위를 포함한 향후 전망에 대해 소개하고자 한다.
2019.12.17 | 조회수 4,676 | 추천 1
식물 병저항성 기작의 연구 동향
이규하 (전북대학교 생명과학과)
작물 생산에 있어 식물체는 질병, 즉 병원성 세균, 바이러스, 곰팡이와 같은 치명적인 장애물로 인해 심각한 문제를 겪고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 지난 30여 년 동안 분자 생물학, 유전학 세포생물학, 및 생화학 등을 통하여 기작을 파악하고자 함으로써 질병 저항 메커니즘을 분석하고자 하였다. 과거 바이러스 질병에 통제를 위해 연구된 부분은 식물 면역의 이해에 대한 광범위한 연구로 뛰어난 결과가 달성되었으며, 대부분 R 유전자가 자연 저항성 유전자로 사용되어 열성 저항성 유전자는 바이러스를 제어하는 또 다른 효율적인 전략으로 이용되었다. 따라서 본 보고서에서는 식물 병원균 사이에 유전적 인자들을 조사함과 동시에 이러한 인자들에 역할 및 특성을 살펴보고 이러한 정보들을 토대로 유전적 병 저항성을 효율적으로 이용하여 무병 작물을 생산할 수 있는 연구를 기대하고자 한다.
2019.12.10 | 조회수 6,309 | 추천 0
머신러닝을 활용한 항암신약개발 현황과 향후 전망 - 인공지능과 의학의 결합
표경호 (연세대학교 의생명과학부/ 유한-연세 폐암중개연구소)
머신러닝 혹은 AI라는 말은 이제 미래에서 볼 수 있는 신기술이 아닌, 이미 우리 일상과 밀접하게 과학기술로 사용되고 있었다. 인간이 의도하는 바를 ‘한정된 시간’ 내에 ‘효율적인 일’을 할 수 있는 것은 컴퓨터를 통한 기계 학습을 통해 얻어질 수 있어, 머신러닝의 활용은 기본적으로 ‘효율 증대’라는 측면에서 상당히 유리한 기술이다. 머신러닝은 ‘데이터’에 의존적이기 때문에, 학습의 토대가 되는 기반 데이터에 대한 중요도가 상당히 높다. 최근 데이터의 양과 질이 개선되면서, 머신러닝의 효율성이 향상되었으며, 빅데이터의 생산 속도에 맞추어 머신러닝을 통해 ‘보석’을 찾아낼 수 있는 딥러닝을 포함한 다양한 알고리즘들이 윤곽을 드러내기 시작했다. 이를 활용하여 신약개발, 진단기술개발 등 다양한 분야에서의 그 쓰임과 미래 전략 등이 주목 받고 있다. 2018년 미국암학회인 AACR에서 발표된 구글의 AI 알고리즘으로 조직 병리 사진에 증강현실로 종양 부위를 마킹하는 기술이나, 외과수술 중 수술 부위의 암과 정상 부위에 대한 부분이 실시간으로 확인되는 등, 획기적인 기술의 발전은 실제로 곧 나타날 미래 암 치료 기술의 방향을 제시하였다. 최근 개발되는 항암 신약에 대한 반응을 예측할 수 있는 바이오마커 발굴 기술 또한 머신러닝을 통해 구현되고 있다. 본 저자는 이번 동향을 통해 머신러닝에 대한 이해와 의학적 적용의 현주소를 설명하고자 한다. 특히 최근 항암신약개발에 있어 주목을 받기 시작한 신약개발과 바이오마커 그리고 디지털 병리 분석 등에 대한 부분을 소개하겠다. 또한 최근 글로벌제약회사에서 머신러닝 기반의 원천기술을 가진 회사들과 협력 혹은 기술이전 등 머신러닝 기반 인공지능 분석을 토대로 신약개발에 적용한 사례와 국내외 관련 기술에 대한 동향을 제시함으로써, 머신러닝을 처음 적용하고자 하는 제약회사, 바이오텍 그리고 아카데미에 있는 분들께 도움이 되었으면 한다.
2019.11.28 | 조회수 10,565 | 추천 6
메신저 RNA에 m6A를 쓰고, 지우고, 읽기를 통한  교모세포종 줄기세포에서의 유전자 발현 조절 연구 동향
임창임 ((주)메타큐라)
mRNA를 포함한 날 것의 다양한 RNA에 부여하는 여러 화학적 변형 가운데 RNA의 N6-메틸아데노신(N6-methyladenosine, m6A)은 mRNA에 부여하는 가장 보편적인 RNA 변형이다. 이는 진핵생물에서 전사 과정 이후 유전자의 발현을 조절하는 다양한 방법 가운데 하나로써 m6A를 특이적으로 인식하는 일련의 단백질들을 발굴하고 그 세포 내 기능을 규명하면서 새로운 분야의 장을 열게 되었다. m6A는 mRNA의 독특한 가공, 해독 및 분해 과정에 개입하여 세포 분화와 배아의 발생과 발달 및 스트레스 반응 과정에 관여하여 각각의 mRNA의 발현을 결정하고 종국에는 세포의 운명을 결정하는 데 기여한다. 특정 mRNA에 m6A 부여부터 세포 운명 결정에 이르는 과정에는 m6A를 쓰고, 지우고, 읽는 기능을 담당하는 유전자들의 합동 작전을 통해 일어난다. 이 과정이 제대로 작동하지 않을 경우, 암과 같은 비정상적인 세포 증식으로 귀결된다는 것을 쉽게 짐작할 수 있다. 본 서에서는 먼저 m6A의 일반적인 특징과 연관유전자들을 살펴보고 악성 종양 중 하나인 교모세포종의 핵심으로 생각하는 암줄기세포 측면에서 m6A의 쓰기, 지우기, 읽기에 관여하는 유전자들을 TCGA에서 CNV 및 돌연변이 양상과 교모세포종과의 연관성을 검토하고 향후 연구 방향을 조망해 보고자 한다.
2019.11.26 | 조회수 4,049 | 추천 0
국내(외) 약용식물의 활용 및 의약 제품 동향
진성규 (단국대학교 제약공학과)
고령화 사회와 더불어 만성 질환 증대로 인해 예방 및 의약 제품의 안전성이 증대가 요구되면서 약용식물은 간단한 가공만으로 이용되는 것에서 확대되어 약리 성분 추출, 성분연구 등을 통해 의약품, 건강기능식품, 화장품 등의 소재로 활용이 증대되고 있다. 특히 국내는 다양한 약용식물이 다양한 기후 및 토질에 따라 독특한 약리작용을 나타내어 새로운 효능에 관한 연구 및 표준화 연구가 이뤄지고 있으며 이를 활용하여 다양한 의약 제품이 연구되고 있다. 특히 새로운 자생식물을 이용하여 새로운 효능을 확인하는 연구가 많이 이뤄지고 있고 자생식물 단독이나 복합소재를 이용하여 그 자체 물질을 이용하던가 이 약용식물의 유효성분을 규명하고 이를 활용한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 본문에서는 국내(외) 약용식물을 이용한 연구 사항 및 이를 이용한 의약 제품으로 의약품, 건강기능식품, 화장품의 현재 동향에 대해서 살펴보고 전망을 살펴보고자 한다.
2019.11.21 | 조회수 8,201 | 추천 0
신약개발을 위한 AI, ICT 기술발전 동향
염창훈, 정희진 (홍익대학교)
인체 내부의 효소 및 수용체에서부터 유전자까지 질병 치료 타겟이 확장되고 있으며 이에 대응하는 신약도 저분자, 중분자, 핵산, 기능성 항체, 유전자치료, 디바이스 융합의약품 등 다양화되고 있다. 이에 맞춰 신약개발의 성공확률을 향상시키고 연구개발 기간을 단축하여 개발비용을 감소시킴으로써 보다 효율적으로 신약을 개발함이 필요하다. 본 원고에서는 AI (Ar-tificial Intelligence, 인공지능), ICT (Information and communications technology, 정보통신기술)로 대표되는 정보과학기술을 융합시킨 신약개발의 RPA화(Robotic Process Automation, 로봇 등에 의한 업무 자동화)에 대한 최신 연구 개발 동향에 대해 소개한다.
2019.11.12 | 조회수 6,123 | 추천 1
인수공통감염병(Zoonosis) 발생 동향 및 향후 전망
김원근 (한림대학교 의과대학 미생물학교실)
2014년 에볼라 바이러스, 2015년 지카바이러스에 이어 최근 라싸열 바이러스와 같이 전 세계적인 인수공통감염병의 출현은 인류에게 큰 보건 건강의 위협이 되고 있다. 인수공통감염병 출현 증가의 원인으로는 자연환경의 변화에 의한 인간-동물의 서식지 공유 증가, 기후의 변화, 관광과 무역과 같은 교역의 증가 등이 제시되고 있다. 반려동물인구의 증가와 이에 비례한 유기동물의 증가는 관리를 받는 또는 인간의 관리를 벗어난 동물이 늘 우리 주위에 있음을 뜻하며, 우리나라와 같은 밀집 사육 형태의 축산업 발달은 감염병이 가축-가축 간 또는 인간-가축 간에 쉽게 전파되는 환경을 만들었다. 지구의 온난화는 병원체를 전파하는 위생 해충 등의 개체 수를 증가시켰다. 해외여행의 증가와 국가 간 무역의 자유화 등으로 인하여 국가 간의 교류가 증가하면서, 한 지역에 기존에 없던 감염병의 병원체가 새롭게 유입되거나, 해외에서 감염되어 귀국하는 사례도 증가하고 있다. 이러한 요인들로 인하여 어느 한 지역에서 감염병의 유행이 시작되면 이는 전 세계적인 이슈가 되고 있다. 인류에게 위협이 되는 인수공통감염병은 무척추동물(진드기, 모기) 또는 척추동물(설치류, 조류, 돼지, 박쥐)과 같은 다양한 매개체를 통해 인간에게 감염이 되며 효과적인 예방 백신이나 치료제가 존재하고 있지 않다. 최근에는 인류 보건 건강을 위한 환경 개선도 중요하지만, 인간 주변에 있는 가축이나 야생 생물의 건강까지 살펴보는 ‘One health’의 개념이 강조되고 있다. 본 논문에서는 우리나라 환경에 맞게 고려해야 할 최근 유행 인수공통감염병에 대하여 살펴보았다. 특히, 진드기 매개 바이러스에 의한 감염병인 중증열성혈소판감소증, 모기 매개 바이러스에 의한 뎅기열, 지카바이러스 감염증, 일본뇌염, 포유류 매개 바이러스에 의한 신증후출혈열, 공수병, 동물 인플루엔자 감염증, 중동호흡기증후군에 대한 이해와 국내·외 동향, 향후 전망에 대하여 서술하였다. 결론적으로 본 리뷰 논문에서는 우리나라에서 발생하거나 해외 유입의 가능성이 있는 인수공통병 바이러스 감염병에 대한 이해를 넓히며 향후 연구 개발에 대한 필요성과 방향을 제시한다.
2019.11.05 | 조회수 10,589 | 추천 2
 
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