바이오인

◇ 2000년대 중후반 차세대시퀀싱(NGS)의 등장으로 고속, 대량의 시퀀싱이 그것도 저비용으로 가능해짐에 따라 생물학 및 의학 연구에 광범위한 영향을 미치고 있음. 특히, 바이오제약 분야에서는 신약개발의 전주기 (초기 발견에서 임상시험까지), 의약품 제조공정 및 품질 관리 측면에서의 효율성 향상을 주도 

○ HGP(Human Genome Project)는 최초로 완전한 인간 DNA 서열을 해독 했다는데 의의가 있으며, 생명과학과 신약개발의 효율성 향상에 기여할 수 있다는 가능성을 제시

  - HGP 완료 이후 과학자들은 유전체학, 전사체학, 생물정보학 및 관련 분야에서 게놈 시퀀싱 사용을 강화하였으나, 게놈 시퀀싱이 바이오제약 산업에서 그 영향력을 발휘하기까지는 오랜 시간이 소요

  - 1세대 시퀀싱 기술(Sanger 시퀀싱)의 단점을 극복하기 위해 보다 간단한 프로세스와 시간, 비용을 절감할 수 있는 새로운 기술 개발이 필요

    ※ 1세대 시퀀싱 기술을 사용한 HGP는 낮은 처리량으로 인해 완료하는 데 10년이 걸렸으나, 현재 NGS 기술로는 2일 이내 여러 인간 게놈을 시퀀싱 할 수 있음 

 ○ 2000년대 중후반 NGS(Next generation sequencing) 기술 등장으로 분석 시간과 비용이 빠르게 감소함에 따라 유전체 분석, 질병 진단, 신약개발 및 환경, 식품 등 다양한 분야에서 활용

  - 미국 NHGRI(National Human Genome Research Institute)에서 자금을 지원하여 수행된 DNA 시퀀싱 비용을 분석한 결과, 

  - 메가베이스 당 시퀀싱 비용은 2001년 5,292 달러(약 625만원)에서 2020년 0.008 달러(약 9원)로 대폭 감소하였으며, 게놈 당 시퀀싱 비용도 2001년 9,526만 달러(약 1,125억원)에서 2020년 689달러(약 81만원)로 감소

    ※ 2001~2007년 데이터는 1세대 시퀀싱 플랫폼(Sanger 기반)을 사용한 비용이며, 2008년 이후 데이터는 2세대 시퀀싱 플랫폼(next generation)을 사용한 비용으로 최근 20년 동안 DNA 시퀀싱 기술의 급속한 발전을 엿볼 수 있음

○ (신약개발 향상) 여러 게놈을 신속하게 시퀀싱하여 새로운 분자표적 발견, 질병 기전 이해, 감염원 분석, 진단률 향상 등의 도구로 활용  

  - 전체 게놈 또는 엑솜 시퀸싱을 통해 환자 및 개인별 돌연변이를 감지할 수 있고 질병을 치료할 수 있는 새로운 분자표적을 발견할 수 있어 정밀의학 및 표적치료를 위한 의약품 개발을 지원

  - 또한 후성유전학 및 전사체 수준에서 치료에 대한 분자 반응의 탐지 및 추적을 할 수 있어 추가 치료의 방향을 제공

  - 병인을 알 수 없는 암으로 고통받는 환자들의 게놈을 조사하여 질병의 원인을 규명하고 치료 정보를 제공할 수 있으며, 코로나19와 같은 감염원을 확인 및 분석하거나 실시간으로 감염병을 관찰하는 데 활용 가능

 ○ (바이오제조 촉진) 높은 생산성의 고품질 세포주 식별, 오염물질 모니터링, 발현 시스템의 개선

  - 높은 생산성의 클론을 찾기 위해 세포주의 게놈을 신속히 분석하고 바이오의약품 제조 공정에서 미생물 오염 여부를 확인하는 데 활용하는 등 품질 관리 프로세스에서 NGS 기술을 활용하여 의약품 제조시설을 정확히 감시 

  - 발현 시스템 개선 및 새로운 유전자를 세포주에 삽입하고 표적 외 삽입을 확인하는 데 사용 가능

 ○ (맞춤의학 진전) 환자의 유전정보를 빠르고 정확하게 분석하여 맞춤 치료 가능, 세포·유전자치료제 개발의 효율성 향상

  - 게놈 또는 전사체 수준의 상호작용이나 게놈 문맥(genomic context) 분석이 가능해져 바이오마커 탐지 및 후성유전학적 분석과 관련된 연구를 진행할 수 있으며, 세포 및 유기체의 유전적 변형을 표적화하기 쉬워짐 

  - 유전자 삽입으로 변형된 세포의 특성을 NGS로 분석하여 세포·유전자치료제 등 맞춤의약품 개발에 도움

 ○ (잠재 사용자의 우려 해결) 더 많은 바이오제약사가 신약개발, 임상시험 및 의약품 제조에서 NGS를 채택하기 위해서는 그 기술과 방법이 더 실용적이며 저렴하게 개선될 필요 

  - 코로나19 팬데믹으로 NGS 사용은 증가. 바이러스 돌연변이를 식별하고 새로운 변이체의 확산을 감시하기 위해 NGS 사용이 더욱 확대

  - 하지만 전문역량과 운영비용 등에 의해 접근이 제한된 저소득 국가에서 널리 사용될 수 있도록 더욱 저렴하고 접근이 쉽도록 진화할 필요 

  - 이를 위해 3세대 시퀀싱으로 불리는 롱리드 시퀀싱(Long-read seqeuncing)*의 품질과 비용의 개선 필요

    * 기존 시퀀싱 분석방법과 비교해 100배 더 긴 염기조각 단위로 유전자를 해독함으로써 유전자의 변이를 좀 더 명확하게 파악할 수 있는 기술

 ○ (품질 및 규정 준수 보장) FDA 등 규제기관의 의약품 제조 및 품질 관리에서 NGS 기술 수용도가 높아지는 추세  

  - 의약품 품질관리 시험은 in vitro, in vivo 및 단일 PCR 혼합 분석에 의존하고 있으나, NGS 접근 방식으로 처리하면 품질관리 및 출하시험을 더 가속화할 수 있을 것으로 예상 

  - 이에 FDA 및 EMA(European Medicines Agency)와 같은 규제기관에서 NGS 도구의 장점을 이해하면서 NGS 기술을 수용하는 추세