바이오인

오믹스를 이용한 마이크로바이오타 네트워크 분석

요약문

다양한 미생물로 이루어진 마이크로바이오타는 매우 복잡한 대사적 네트워크 형태를 이루고 있다. 시퀀싱 기술과 분자 생물학적 기술의 발달로 인해 미생물이 갖는 유전적 다양성, 개별 종이 갖는 생리학적 특성 등이 많이 밝혀졌지만, 미생물은 함께 존재하는 미생물 군에 따라 상이한 행동 양식을 보여주기 때문에 커뮤니티라는 맥락에서 바라보고 이해할 필요성이 점차 커지고 있다. 그 결과, 멀티 오믹스를 이용하여 마이크로바이오타 구성 생물 간의 상호 작용 관계를 밝히고 네트워크 분석 기법을 이용하여 마이크로바이오타 구성 원리를 밝히고자 하는 연구가 시도되고 있다. 마이크로바이오타는 생태계 유지뿐만 아니라 인체 내에 거주하며 건강과 질병에도 큰 영향을 미치기 때문에 이들이 갖는 복잡한 네트워크 구조를 이해하고 조절하는 기술은 향후 다양한 산업 분야에 응용이 가능하다. 그러므로 본 보고서는 각각의 오믹스 기술들이 마이크로바이오타 네트워크 연구에 적용되고 있는 현 주소와 앞으로의 기술적 개발 방향에 대해서 소개하고자 한다.
  
 

[목차]

1. 서론
2. 네트워크 노드 인지 - who are there?
   2.1 표적 앰플리콘 시퀀싱(targeted amplicon sequencing)
   2.2 차세대 치료제의 개발표적 앰플리콘 시퀀싱(targeted amplicon sequencing)
 3. 엣지를 이용한 노드 연결 - who are interacting each other?
   3.1 수적 변화(Abundance change)
   3.2 발현 변화(Expressional change)
   3.3 대사체 변화(Metabolic changes)
 4. 토폴로지 네트워크 분석(Topological Network Analysis)
 5. 결론
6. 참고문헌

1. 서론

 현대 생물학에서 가장 중요한 시각은 거의 모든 생물체는 생명을 유지하기 위해 복잡하게 얼키고 설킨 네트워크를 이루고 있다는 것이다. 영국의 동물 생태학자 찰스 엘턴은 군집 내에서 생물 간의 먹고 먹히는 관계가 단순 사슬 형태를 넘어서 생산자로부터 시작되어 다양한 소비자로 연결되는 복잡한 그물 형태로 존재 하는 것을 고등 생물의 생태계에서 보여주었다. 지난 10년간 배양 기술로부터 독립적인 분자 생물학 기법과 시퀀싱 기술의 발전을 통해 지구상에 존재하는 수많은 미생물들의 다양성이 밝혀졌고, 그들 역시 복잡한 네트워크를 형성함으로써 고등 생물들이 살 수 없는 척박한 환경 등 다양한 환경에서 군집 형태로 생존하는 모습들이 보고 되고 있다. 마이크로바이오타 (microbiota)는 생태학적 환경 내에서 공생, 경쟁 등의 상호 작용 관계를 이루는 박테리아(bacteria), 고생물(archaea), 원생생물(protist), 균류(fungi), 바이러스(viruses) 등 모든 미생물을 총칭하는 용어로서 구성원들 사이의 유기적 연결성과 그들이 갖는 생태학적 중요성, 숙주에 미치는 영향으로 인해 관련 연구가 매우 활발하게 진행 중이다.

마이크로바이오타를 구성하는 모든 미생물들은 생리학적으로 상이한 미생물들과의 상호 작용을 통해 주어진 환경에 최대한 적응하며 살아간다[1]. 그들은 대사체(metabolites) 또는 세포 외 신호 물질을 주고 받으면서 환경의 변화를 인지하고 이웃 미생물들과 상생 관계를 형성함으로써 경쟁자들로부터 비교 우위를 점하고자 한다. 이런 과정에서 경쟁 집단은 자신들의 생존에 최적화된 공간적 틈(spatial niche)을 찾아 존재하게 되며[2], 실례로 다른 계통에 속하는 박테리아 종들이 세포-세포 상호 작용과 주화성(chemotaxis)과 같은 행동 양식에 따라 10-1000 um 크기의 국지적 커뮤니티를 형성하는 것이 나뭇잎과 치석에서 발견되었다[3,4]. 이와 같이 성장에 최적화된 작은 공간을 연속적으로 형성함으로써 다양한 미생물들이 협력과 경쟁을 통해 함께 공존하고, 이러한 다양성을 바탕으로 미생물들은 예상치 못한 환경적 변화에 대응하는 것이 가능하다. 
 

...................(계속)

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