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김희권
김희권(Hui Kwon Kim) 저자 이메일 보기
연세대학교 의과대학
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331 KB
  CV updated 2020-09-22 14:46
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Deep learning improves prediction of CRISPR–Cpf1 guide RNA activity
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

CRISPR 유전자가위를 이용한 유전자교정 기술은 2012년에 처음 알려졌으며 유전자치료제 개발, 실험동물모델 제작, 유전자 기능 규명 등 다양한 연구 분야에 쓰일 수 있는 기술입니다. 또한 이전 세대의 유전자가위들에 비해 쉽게 제작할 수 있어 이제는 많은 연구자들이 연구에 활용하고 있습니다. CRISPR 유전자가위를 이용해 유전자교정을 하기 위한 첫 번째 단계는 '좋은 유전자가위'를 선정하는 일 입니다. 유전자 교정 효율은 주로 유전자가위 단백질에 결합하는 가이드RNA에 따라 정해집니다. 하나의 유전자에 대하여 여러 개의 가이드RNA를 제작할 수 있는데, 문제는 그 중 어떤 가이드RNA가 교정 효율이 가장 높을 지 모르는 점 입니다. 따라서 본격적인 실험에 앞서 연구자들은 여러 개의 가이드RNA를 제작한 후 일일이 효율을 검증하여 최적의 가이드RNA를 선정해야만 했습니다.

저희는 가이드RNA를 선정하는 데에 필요한 수고와 노력을 줄이고 유전자가위를 이용한 연구의 속도를 증진하기 위하여 유전자 교정 효율을 정확하게 예측할 수 있는 in silico 알고리즘을 개발하고자 하였습니다. 이미 여러 연구팀에서 교정 효율을 예측하는 알고리즘을 만든 바 있으나 정확성이 매우 떨어졌습니다. 저희 연구팀은 예측의 정확성을 높이기 위하여 대량의 데이터에서 스스로 규칙을 찾아 학습하는 '딥 러닝 (Deep learning)' 기술을 적용해보기로 하고 서울대학교 윤성로 교수님 연구실과 공동연구를 시작하였습니다. 먼저 저희 연구실에서 자체적으로 개발한 CRISPR-Cpf1 유전자가위 효율의 대량 측정 기법을 이용해 15,000개 가이드RNA의 효율을 측정하였습니다. 다음으로 윤성로 교수님 연구실에서 이 데이터를 '딥 러닝' 기법을 이용해 학습하여 CRISPR-Cpf1 유전자가위 교정 효율을 정확하게 예측하는 알고리즘 (DeepCpf1, http://deepcrispr.info/)을 제작하였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

저는 연세대학교 의과대학 약리학교실에서 김형범 교수님 지도하에 박사 과정 중에 있습니다 (연구실 홈페이지 https://sites.google.com/site/hyongbumkimlab/). 저희 연구실에서는 제가 연구하고 있는 유전자가위의 교정 효율을 측정하는 high-throughput 기법의 개발 및 활용 외에도 유전자 치료제 개발, 동물 모델 제작, 유전자를 효과적으로 전달하는 방법의 개발 등 다양한 연구를 진행하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

2015년 연구실에 합류하고 처음으로 실험한 것은 여러 가이드RNA들 중 가장 높은 효율을 가진 것을 선정하는 일이었습니다. 수십 개의 가이드RNA들을 제작하고 일일이 그 효율을 검증하는 것은 매우 힘들었습니다. 아마 이러한 어려움은 저만 겪은 것이 아닐 것입니다. 저희가 제작한 유전자가위 교정 효율 예측 알고리즘(DeepCpf1)을 이용하면 유전자가위 선정에 쓰이는 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있습니다. 이를 통해 유전자가위 연구의 가장 첫 단계인 가이드RNA 선정을 용이하게 함으로써 유전자가위를 사용하고자 하는 분들께 도움이 될 것이라는 점에서 보람을 느낍니다.

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

연구는 혼자서 배울 수 있는 것이 아닌 것 같습니다. 개인별로 정도의 차이는 있을 것이라 생각합니다만 저는 스스로의 노력과 의지보다도 환경적 요소가 더 중요함을 경험하였습니다. 대학원 진학을 생각하고 계신 분들은 인턴십 기간을 잘 활용하여 연구실을 직접 경험해보고, 함께 일하면 많이 성장할 수 있을 것이라는 확신을 주시는 선생님, 동료 분들이 있는 연구실로 진학하는 것이 도움이 될 듯 합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

CRISPR 유전자가위의 교정 효율을 대량으로 측정하는 기술을 개발하고 활용하는 연구도 계속 진행할 것이지만 아예 다른 연구를 해보고자 하는 마음이 더 큽니다. 아직 구체적인 계획은 없으나 지도 교수님, 동료 연구원들과의 적극적인 discussion, 그리고 학회, 모임에서 만나는 타 분야 연구자 분들과의 교류를 통해 재미있고 새로운 연구 아이디어를 얻을 수 있으리라 생각합니다. 조급해하지 않고 차근차근 준비해나가려 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

지금까지 도움을 받은 많은 분들에게 감사를 전하고자 합니다. 우선 독립된 연구자로서 성장할 수 있도록 박사 과정 내내 아낌없이 가르침을 주시고 계신 김형범 교수님께 진심으로 감사드립니다. 그리고 석사과정 동안 연구자의 꿈을 키울 수 있도록 격려해주시고 기초를 잘 세워주신 송성규 교수님께도 감사드립니다. 또한 부족한 저를 이해해주고, 가르쳐주고, 서로 도와가며 함께 성장해나가고 있는 동료 연구원 분들에게 감사를 전하고 싶습니다. 특별히 이번 공동 연구의 완성을 위해 힘 써주신 서울대 윤성로 교수님, 민선우 연구원에게도 감사드립니다. 끝으로 제가 어디서 무엇을 하든지 저를 위해 기도하고 응원해주시는 가족들에게 감사 인사를 전합니다.
Category: Biotechnology
등록일 2018-02-21
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