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 [디지털 바이오] 유전체 빅데이터 기반의 맞춤 의료

김준 / 충남대학교 생명정보융합학과 조교수

◈ 목차

1. 맞춤 의료와 유전체 정보
2. 유전체와 단백질, 그리고 세포의 기능
3. 유전변이와 맞춤의료
4. 대규모 유전체 분석 사업

   가. 유전체 분석 기법과 유전 변이 확인

   나. 질환의 원인이 되는 유전 변이를 찾기

   다. 대규모 유전체 분석 사업 소개

5. 맞춤의료를 달성하기 위한 새로운 염기서열 분석법

   가. 긴 조각 염기서열 분석법과 유전체 지도 작성

   나. 긴 조각 염기서열 분석법과 비정상 유전자 블록 조합 분석 

6. 결론

◈본문

1. 맞춤 의료와 유전체 정보

사람은 생김새만 서로 다른 것이 아니라 약물에 대한 반응성도 다르다. 동일한 약물을 투여하더라도 한 사람은 그 약이 잘 듣는 반면 다른 사람은 약효를 제대로 보지 못할 수 있다. 약물 반응의 개인차는 현재 개발된 대부분의 약품이 특정 환자 집단의 평균에 맞춰져 있는 한계에서 기인하는 문제이다. 환자 집단에 평균적으로는 약효가 있지만, 개개인을 뜯어보면 약효가 천차만별일 수 있는 것이다. 정밀의료 또는 개인화된 의료 등으로 불리는 맞춤 의료는 이러한 한계를 극복하고자, 환자 개개인에게 가장 효과적인 약물을 맞춤 치료하는 것을 목표로 한다.

이러한 개개인별 약효 차이는 다양한 원인으로 인해 생겨날 수 있다. 이러한 원인 중 가장 중요한 것 중 하나는 개개인의 DNA, 즉 유전체에 존재하는 차이이다. 사람은 저마다 유전변이(genetic variation)라 부르는 DNA 수준의 차이를 지니고 있으며, 이러한 유전변이 중 일부는 약물 반응성 등을 일정 부분 설명할 수 있다. 그러니 이러한 유전변이를 활용해 환자마다 잘 듣는 약을 선별해낼 수 있는 것이다.

유전체 기반 맞춤 의료는 이러한 유전변이 중 실제로 약물 반응성에 영향을 끼치는 특정한 유전변이를 선별하고, 이렇게 선별한 원인 유전변이를 기반으로 각 유전변이에 따라 가장 적합한 약물을 선정하는 과정이 수반된다. 이렇게 유전변이마다 적합한 약물이 선택되고 나면 환자마다 어떤 유전변이를 지니고 있는지를 조사하고, 그 유전변이를 기반으로 개별 환자가 어떤 약물을 투약했을 때 최적의 약효를 볼 수 있는지를 예측하는 것이다. 이를 통해 약효를 높일 수 있는 것은 물론이거니와 고통스러운 치료 과정을 어느 정도 줄이는 것이 가능하며, 나아가 가장 효과적인 약품을 처방해 전체적인 의료 비용을 절감할 수 있다는 장점도 지닌다.

본 보고서에서는 이러한 유전체 맞춤 의료를 가능케 하는 유전체의 특징과 유전체 정보를 얻기 위한 다양한 기술을 소개하고자 한다. 그 뒤 실제로 이러한 유전체 정보를 대량으로 생산하고 있는 여러 국제공동연구에 대해 기술하고자 하며, 마지막으로 실제 진행되고 있거나 이미 결론을 확인한 맞춤 의료 결과에 대해 살펴보고자 한다. 이를 통해 유전체 기반 맞춤 의료에 대한 이해를 높일 수 있을 것이라 기대한다.

2. 유전체와 단백질, 그리고 세포의 기능

생명체는 세포로 구성돼 있다. 생물은 다양한 장기로 구성된 복합체이고, 이 장기는 조직이라는 보다 작은 단위로 구성된다. 세포는 이러한 조직을 구성하는 보다 작은 단위이며, 세포가 제 기능을 할 때 생물은 정상적으로 살아갈 수 있다. 그리고 이러한 세포의 기능과 특징을 결정짓는 주된 요인은 단백질이다. 예컨대 근육 세포는 근육을 수축하고 신장시킬 수 있는 다양한 활동과 관련된 단백질이 세포 안에 있을 때 제 기능을 할 수 있으며, 면역 세포는 외부 침입자를 인식하고 제거할 수 있는 단백질을 지니고 있을 때 제 기능을 할 수 있다. 단백질은 세포 안에서 기능을 담당하는 중요한 분자 중 하나이자, 세포 내 다양한 반응을 가능케 해 세포 기능을 다양화시키는 원천이 되는 셈이다. 따라서 이처럼 단백질 다양성과 차별성을 기반으로 한 세포의 특징을 제대로 이해하는 것은 생물에 대한 본질적인 이해를 돕는 데 큰 힘이 된다.

DNA는 이러한 단백질을 만들어내는 정보를 담고 있으며, 유전체는 한 생물의 세포 안에 들어있는 모든 DNA 정보를 총체적으로 이르는 개념이다. 그리고 이 DNA 중 단백질을 만들어내는 데 필요한 DNA의 부분을 유전자라고 부른다. 사람은 아주 긴 DNA에 약 2만 여 개의 단백질 관련 유전자를 지니고 있으며, 이 유전자들에서는 대부분 서로 다른 단백질이 만들어질 수 있다. 이렇게 서로 다른 단백질들은 서로 다른 기능을 담당하며 세포라는 복잡한 공장을 작동시키는 데 관여한다.

흥미로운 점은 사람과 같은 상당수 생물은 거의 모든 세포가 동일한 DNA 정보를 지니고 있다는 점이다. 그렇다면 어떻게 동일한 DNA 정보로부터 극도로 다양한 세포들이 만들어질 수 있는 것일까? 정답은 세포가 저마다 똑같은 DNA를 지니고 있을지언정, 개별 세포는 저마다 독특한 유전자를 작동시켜 세포 기능에 적합한 단백질만을 작동시킨다는 것이다. 근육 세포에서는 면역 세포에서만 쓰이는 단백질이 만들어지지 않으며, 면역 세포에서도 근육 세포에서만 쓰인 단백질이 만들어지지 않는다. 세포는 저마다 서로 다른 단백질을 만들어내 서로 다른 기능을 갖추게 된다. DNA가 똑같더라도 세포 유형에 따라 특징적인 단백질 조합을 지니게 되는 셈이다.

...................(계속)

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