바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-25폐 마이크로바이옴의 뇌질환 조절 기전 규명 ◇ 인체 내 공생하는 마이크로바이옴의 다양한 역할이 규명되는 가운데, 최근 폐에 존재하는 마이크로바이옴의 기능에 관한 관심이 증가. 최근 연구에서 폐 마이크로바이옴 조절에 의한 다양한 뇌신경 염증질환 조절의 치료법 개발을 위한 주요하면서도 새로운 관점을 제시▸주요 출처 : Nature, The lung microbiome regulates brain autoimmunity 2022.2.23 ▣ 최근 폐 마이크로바이옴에 의한 다발성경화증(multiple sclerosis, MS)의 신규 발병 기전 규명 ○ 인체 내 공생하는 마이크로바이옴의 다양한 역할이 규명되는 가운데, 최근 폐에 존재하는 마이크로바이옴의 기능에 관한 관심이 증가 - 폐 마이크로바이옴은 장 마이크로바이옴에 비해 단순하고 적은 수로 존재하지만, 천식, 폐 섬유화, 암 등의 질환과 연관성이 있다고 규명 ○ 흡연, 호흡기 감염과 같은 폐의 이상은 다발성경화증(multiple sclerosis, MS)* 유발의 주요 위험인자 중 하나로, - 폐에 존재하는 활성화된 T 면역세포가 신경계로 이동하여 자가면역 반응을 일으켜 신경계를 손상시키는 기전이 알려져 있었으나, - 폐 마이크로바이옴에 의한 뇌신경계 MS 발병과의 연관성은 알려지지 않았음 * 중추신경계의 탈수초화(demyelination)에 의한 자가면역성 신경퇴행질환 ○ 최근 연구에서 마우스의 MS 모델인 lung EAE 모델*을 사용하여 폐 마이크로바이옴에 의한 뇌신경계 병증 조절 기능을 확인 * lung EAE(experimental autoimmune encephalomyelitis, 자가면역 뇌척수염) 마우스 모델 : 수초화 단백질(Myelin Basic protein, MBP) 특이적 T 면역세포와 MBP의 각각 정맥 및 폐 주입에 의해 제작하는 마우스의 다발성경화증 모델 - 마우스 EAE 모델에 항생제인 네

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-24중국, 유전자편집 작물 승인에 관한 예비지침 발표 ◇ 2022년 1월, 중국 정부는 유전자편집 작물(gene-edited crops)의 승인에 관한 예비 가이드라인 발표, 이에 관련 연구자들은 본 발표를 환영하고 상업화 가능성을 기대한다는 의견 제시 ▸주요 출처 : Nature, China’s approval of gene-edited crops energizes researchers, 2022.2; 뉴시스, 中, 식량안보 위해 유전자 편집 작물 승인 시험 규칙 발표, 2022.1 ▣ 중국 농업부, 유전자편집 작물(gene-edited crops) 승인 관련 예비 지침을 발표(2022.1.24.) ○ 연구자들은 새로 발표된 지침이 작물의 수확량을 늘리고 기후변화에 대한 저항력을 높이는 연구에 박차를 가할 것이라는 의견을 제시 - 유전자편집 작물은 해충에 강하며 온난화에 더 잘 적응하는 품종에 대한 연구를 촉진할 것으로 기대 - 중국과학원 유전·발달 생물학 연구소의 식물 생물학자인 Caixia Gao는 “우리에게 매우 좋은 소식이며 실제로 상업화의 문을 열어줄 것이다”라는 의견을 제시 ※ 또한 한국기초과학연구원 유전체교정연구단 김진수 박사는 “이 결정은 중국에게 큰 진전”이라며 “이론 연구에서 벗어나 현장 연구를 수행이 가능할 것” 이라는 의견을 제시 ○ 유전자 편집 작물은 DNA 염기서열을 약간 변형할 수 있는 CRISPR- Cas9와 같은 기술을 사용하여 개발, 기존의 유전자변형 작물과는 차별 - 일반적으로 유전자편집은 다른 식물이나 동물 종의 전체 유전자 또는 DNA 서열의 삽입이 없기 때문에 기존 유전자변형(Genetically modified)으로 얻은 작물과는 다른 것으로 인식 - 그러나 지금까지 중국에서는 유전자편집 유기체(GEO, gene-edited organism)를 유전체변형 유기체(GMO, genetically modified organism)를 다루는

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-23장기간 동면하는 땅다람쥐의 생존에 중요한 역할을 하는 장내 미생물 ◇ 미국 위스콘신대학 연구팀은 6개월 이상 동면하는 땅다람쥐의 생존에 장내 미생물이 중요한 역할을 하는 것을 규명. 이번 연구결과는 의료와 우주개발 등 폭넓게 응용 가능할 것으로 전망▸주요 출처 : Science, Nitrogen recycling via gut symbionts increases in ground squirrels over the hibernation season, 2022.1.27▣ 미국 위스콘신대학 연구팀, 6개월 이상 동면하는 땅다람쥐의 생존에 장내 미생물의 중요한 역할을 하는 것을 규명 ○ 땅다람쥐가 긴 시간 겨울잠을 자는 동안 소변으로 배출해야 할 요소 (urea)를 장내 미생물이 흡수하여 분해하고, 그 속의 질소화합물이 다시 조직으로 이동하는 것을 확인 출처 : Science, Nitrogen recycling via gut symbionts increases inground squirrels over the hibernation season, 2022.2. - 질소 동위원소를 다람쥐에게 주입해 질소의 몸속 순환을 확인한 결과 질소 분자가 다람쥐에서 장내 미생물 유전체로 이동한 다음 다시 숙주인 다람쥐로 돌아오는 재순환 과정을 거치는 것으로 파악 ○ 일반적으로 인간을 포함한 대부분의 동물들은 운동하지 않고 먹지 않는 시간이 길어질수록 뼈와 근육이 위축되고 몸무게도 감소 - 동물의 근육 단백질은 에너지원으로 분해되면서 암모니아가 만들어지며 암모니아는 소변 성분인 요소로 농축, 이 과정에서 신체는 필수 영양소인 질소를 계속 손실 ※ 인간은 몸의 질소 균형을 맞추기 위해 하루에 체중 1kg당 0.8g의 단백질 섭취 필요 - 그러나 땅다람쥐처럼 겨울잠을 자는 동물은 오랜 기간 먹지도, 움직이지 않아도 근육은 그대로 유지 ○ 연구

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-22단백질 구조 예측 AI 기술의 가능성과 과제 ◇ 알파폴드2, 로제타폴드와 같은 AI 기반 단백질 구조 예측 프로그램은 수십만 개의 인체 단백질 기능에 대한 통찰력을 제공하여 신약개발 가속화 및 인공 단백질 제작에 활용될 것으로 기대하고 있으나, 다양한 생체분자와의 복합체 구조 예측에 대한 기술 발전이 필요할 것으로 전망▸주요 출처 : Science, 2021 breakthrough of the year_Protein structures for all, 2021.12.16., Science, Computed structures of core eukaryotic protein complexes, 2021.11.11. ▣ Science는 인공지능 기반 단백질 구조 예측 프로그램 알파폴드2와 로제타폴드를 2021년 가장 혁신적인 연구성과로 선정 ○ 지난 50년 동안 과학자들은 자연에서 가장 복잡한 문제 중 하나인 단백질접힘에 의한 단백질 3차 구조를 예측하기 위해 노력 - X-ray, cryo-EM과 같은 고비용과 긴 시간이 소요되는 실험적 구조 결정 방법의 한계를 극복하기 위해 컴퓨터 기반의 구조예측 기술 개발이 시도 - 2018년 이전까지 대부분의 구조 예측 프로그램은 CASP*기준으로 70점대 중반을 득점* CASP : 1994년부터 2년마다 개최되는 단백질 구조 예측 학술대회(Critical Assessment of Structure Prediction)로 단백질 구조 예측 정확도 따라 점수를 배점. 현재 CASP14 (2020년)까지 개최 - 실험적 구조 결정이 90점 이상의 정확도를 보이는 것을 볼 때, 컴퓨터 기반 구조 예측은 신뢰성이 부족했던 상황 ○ 구글 딥마인드에서 개발한 최초의 AI 프로그램인 ‘알파폴드(Alphafold)’는 2018년 CASP13에 등장하여 평균 80점 내외로 90개 경기 중 43개 경기에서 승리 - 2020년 CASP14에는 기계학습에 최적화된 1

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-21줄기세포 기술의 현실화와 미래 방향 ◇ 부상이나 질병으로 손상된 모든 조직을 재생하는 열쇠로서 줄기세포는 오랫동안 주목받아 왔으며, 기술 발전으로 줄기세포의 가능성이 실현되고 있는 상황. 최근 Nature에서는 줄기세포의 가시적인 성과를 소개하는 컬렉션을 발표하여 파킨슨병, 시력 회복, 척추 손상에서 줄기세포 치료제의 가능성과 키메라 장기, 인간배아 발달 연구, 어셈블로이드 개발 현황 등을 소개▸주요 출처 : Nature Outlook, Stem cells 2021.9.29.; 생명공학정책연구센터 BioINwatch 21-74, 14일 규칙 완화 이후 인간 배아줄기세포 연구방향, 2021.11.2. ▣ 부상이나 질병으로 손상된 모든 조직으로 재생 가능한 줄기세포의 잠재력과 연구 트렌드에 대해 Nature Outlook(2021.9)에서 소개 ○ 자가복제(self-renewing) 및 형태 변형(shape-shifting) 세포는 부상이나 질병으로 손상된 모든 조직을 재생 할 수 있다고 오랫동안 주목. 많은 연구자들의 노력으로 줄기세포를 이용한 재생의학은 현실에 가까워지고 있음 - 지금까지 줄기세포와 관련된 일부 치료법만인 확실한 효과를 보였으나, 분화 기전 등 기초 연구를 통해 줄기세포를 이해하기 시작하면서 다양한 질병에 대한 치료법이 임상시험으로 연계※ 파킨슨병 증상 완화, 척수손상 및 시력회복을 위한 줄기세포 치료법이 임상시험 진행 Stem cells: highlights from researchThe promise and potential of stem cells in Parkinson’s diseaseStem cells and spinal-cord injuries: an intricate issueThe chimaera challengeThe next frontier for hu

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-20과학자들이 만든 세계에서 가장 작은 열차 교환소(DNA 나노튜브 레일) ◇ 최근 BT, IT 과학자들은 융합연구를 통해 DNA 트랙 위를 달리는 단백질 모터를 제작. 이를 통해 세포 내부를 더 정밀하게 이해할 수 있으며, 특정 세포로 약물을 전달하고, 환경에 반응하는 새로운 DNA 컴퓨터를 설계하는 데에도 도움이 될 것으로 기대▸주요 출처 : Science, Biologists have created the world’s smallest ‘train switchyard’, 2022.3.11.; Science, Programmable molecular transport achieved by engineering protein motors to move on DNA nanotubes, 2022.3.10▣ 세포 내 수송과 같은 자연 현상에서 영감을 받아 세계에서 가장 작은 열차 교환소(train switchyards)를 제작 ○ 살아있는 세포는 다양한 분자 기계가 필수적인 생명 과정을 수행하기 위해 지속적으로 작동하는 소형 공장으로 설명 가능 - 특히, myosin, kinesin, dynein과 같은 생체 분자 모터는 특정 세포골격 (cytoskeletal) 트랙을 따라 이동하면서 세포 내 물질을 배치 - 이러한 단백질 기반 모터는 세포에서 자율적이면서 장거리 이동이 가능하여 미래의 의학, 재료과학 및 컴퓨터 응용 분야에서 마이크로미터 규모의 분자를 조작하는 데 잠재력 보유 ○ 그러나 세포골격 트랙을 구성하는 액틴(actin)과 튜불린(tubulin)은 다양하게 변형되어 트랙 설계 및 제어의 유연성에 한계를 보여 트랙의 재현성과 정확한 배치가 중요한 대부분의 응용 분야에 부적합 - 세포골격 트랙에 비해 DNA 트랙은 몇 가지 장점이 있는데, DNA 트랙은 매우 안정적이며 단일염기 수준에서 제어하여 원하는 3차원 구조를 형성하도록 정확하

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-19 2022년 주목해야 할 바이오제약 주요 트렌드 ◇ 최근 GEN은 2022년 주목해야 할 바이오제약 분야의 7가지 주요 트렌드를 발표. 코로나19 백신 및 치료제 이외에도 RNA 기반 의약품, 인공지능 활용,세포 및 유전자치료제 임상시험, 파이낸싱 거래, 규제 이슈 및 합성생물학 업체에 대한 관심이 높아질 것으로 전망▸주요 출처 : GEN(Genetic Engineering & Biotechnology News), Seven Biopharma Trends to Watch in 2022, 2022.1.5. ▣ 코로나19 팬더믹이 전세계를 휩쓸고 있는 가운데 GEN은 전문가 및 업계 관계자 인터뷰 등을 통해 2022년 바이오제약 분야의 주요 트렌드를 제시 ○ 2021년 코로나19 팬데믹이 각국의 헤드라인과 공중보건 정책을 지배. 코로나19로 인한 피해도 컸지만 고무적인 성과도 확보하였는데, 특히 R&D 자금 유입은 기록적인 수치를 달성 - 2021년 첫 번째 코로나19 백신이 출시되면서 전 세계는 희망에 찼으나, 델타 변이 출현으로 감염 사례, 입원 및 사망이 많이 증가. 연말에는 오미크론 변이 등장으로 3차 접종에도 감염되는 돌파 감염 사례 급증 ○ GEN은 전문가 및 업계 이해관계자들과의 인터뷰, 각종 보고서 및 자료 등을 토대로 2022년 바이오제약 분야의 7가지 트렌드를 발표 - 코로나19, mRNA, 인공지능, 세포 및 유전자치료제, 투자, 규제와 정치 및 합성생물학 업체에 대한 관심이 높아질 것으로 전망 주요 트렌드주요 내용코로나19 : 새로운 백신 및 치료제 개발 지속(COVID-19: An expanded toolbox)○ WHO가 오미크론을 우려변이(variant of concern)로 지정 하면서 COVID-19에 대한 새로운 백신 및 치료제 개발의 모멘텀 증가는 지속될 전망 -

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-18인류의 건강과 지구를 위한 좋은 먹거리 ◇ 네이처(Nature)에서는 대륙별 식단 현황을 조사, 더 나아가 천연자원의 훼손을 줄이는 동시에 지속가능하고 영양가 있는 먹거리에 대한 중요성을 강조▸주요 출처 : Nature, What humanity should eat to stay healthy and save the planet, 2021. 12. 1 ▣ 과학자들은 지속가능하면서 건강한 식단을 위해 채소, 유제품, 통밀, 동물·식물성 단백질, 과일 등의 하루 섭취량(g)을 제시 ○ 균형 잡힌 식단으로 제시된 먹거리에서 채소를 가장 많이 섭취(300g)해야 하는 것으로 제시 - 그 다음으로 유제품(250g), 통밀(232g), 과일(200g), 식물성 단백질(125g), 동물성 단백질(84g), 감자 등 전분이 많은 채소 (50g) 순 출처 : Nature, What humanity should eat to stay healthy and save the planet, 2021. 12.○ 대륙별로 북미와 유럽, 중앙아시아는 전분 채소, 동물성 단백질, 유제품을 과섭취하고 있는 것으로 나타났으며, 중요한 식단 구성요소인 채소, 유제품, 통밀, 과일 및 식물성 단백질은 부족한 것으로 파악 - 이에 반해 사하라 사막 이남의 아프리카 지역에서는 감자, 옥수수 등 전분 채소에 절대적으로 의지하고 있으며, 이외 다른 건강한 먹거리는 모두 부족 - 우리나라가 포함된 동아시아·태평양 지역은 전 세계 평균 섭취량과 가장 유사하며, 중동·북아프리카 지역은 채소를 가장 많이 섭취하는 것으로 조사 ▣ 유엔 및 여러 국가와 연구자는 인간과 지구 모두에게 좋은 먹거리를 찾는 방법을 고민 중 ○ 전 세계 인구 중 20억 명 이상이 과체중 또는 비만이나, 저소득 및 중간소득 국가에서 8

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-17똑똑하게 항생제를 처방하기 위한 AI 활용 연구 ◇ 양날의 검과 같은 항생제 치료에 대해 데이터 기반의 기계학습 모델을 통한 환자 맞춤형 항생제 처방으로 재감염 및 항생제 내성 문제를 최소화할 수 있다는 가능성 제시 ▸주요 출처 : Science, Anticipating antibiotic resistance, 2022.2.24.; Science, Minimizing treatment-induced emergence of antibiotic resistance in bacterial infections, 2022.2.24 ▣ 최근 Science에서 발표된 논문에서 기계학습 모델을 통한 환자 맞춤형 항생제 처방으로 재감염 및 항생제 내성을 최소화할 수 있음을 제시 ○ 통상적으로 환자가 세균에 감염된 것으로 진단되면 임상의는 실험실에서 항생제 감수성 검사(antibiotic susceptibility tests)를 수행하고 그 결과를 바탕으로 적절한 항생제를 처방하지만 재발율이 높은 것으로 조사 - 예를 들어 요로 감염(UTI, urinary tract infections)이 있는 여성의 25% 정도는 6개월 이내에 또 다른 감염이 발생 ○ 연구팀은 항생제 치료가 양날의 검과 같아 재감염은 원래 감염 세균의 변이에 의해 유발되기 때문에 감수성 일치(susceptibility-matched) 항생제를 올바르게 처방하면 전반적으로 재감염률이 감소하지만, - 원래 감염 세균과 다른 균주에 의해 유발되는 내성 감염이 발생할 가능성도 높아져 감수성 일치에 따른 항생제 치료가 미생물군에 숨어 있는 내성 균주의 활동을 유도할 수 있다는 것을 발견 - 세균의 게놈 시퀀싱을 수행하여 원래 감염 균주와 재감염 균주를 비교 분석. 세균의 게놈 시퀀싱 데이터를 임상 기록과 통합하면 임상적 개입과 치료에 대한 통찰력과 잠재력이 향상할 것으로 예상※ 장에 숨어 있는 요로 병원성 균주와 같이 환자의 미생물총이 저

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 22-16 인류의 마지막 질병, 노화 극복을 위한 최근 동향 ◇ 급속한 고령화로 사회적 부담이 가중되는 상황에서 최근 네이처는 인간의 수명과 노화에 관한 다양한 연구를 소개하는 컬렉션을 발표. 생물학적 노화를 측정하는 방법의 발전, 코로나19가 노화에 미치는 영향, 노화 방지 및 관련 질병 퇴치를 위한 R&D 동향, 일본과 같은 초고령사회의 대처사례 등을 제시 ▸주요 출처 : Nature Outlook, Ageing, 2022.1.19 ▣ 촤근 Nature에서는 인간 수명과 노화에 관한 연구동향을 종합하여 노화 과학의 진전 및 R&D 동향, 사회・경제적 이슈를 컬렉션으로 소개 ○ 노화를 막고 노화와 관련된 질병을 퇴치하기 위해 자가포식(autophagy)을 활성화하는 연구가 진행 - 생체나이(biological age) 변경과 관련된 후성유전학적 시계 및 인간 수명의 한계에 대한 연구도 추진 ○ 전 세계는 고령화 추세로 고령인구를 부양하는 데 막대한 비용이 소요. 초고령사회로 진입한 일본의 돌봄 위기 대처 사례를 제시 - 장기요양보험(LTCI) 제도 도입, 로봇을 활용하여 가정 및 의료기관에서의 돌봄 문제 해결 시도 ▣ 인간 수명의 한계는 어디까지일까?”라는 오랜 질문에 대한 대답 ○ 인간 수명의 한계를 매핑하려는 최초의 노력은 1825년 영국 수학자이며 보험계리사인 Benjamin Gompertz로, - 그의 분석에 따르면 20세 후반 이후 사망 위험이 해마다 기하급수적으로 증가하고 그 위험이 100%에 도달하는 지점이 있다고 분석 - 의학적 발전으로 시기가 다소 바뀌었으나 Gompertz의 모델은 여전히 영향력을 발휘하고 있으며, 사망률 패턴을 정확히 매핑한 것으로 평가※ 1996년 미국 남가주대학의 Caleb Finch와 Malcolm Pike는 Gompertz의 모델을 사용하여 인간의 최대 수명을 약 120년으로 추정 - 그러나 점차 더 많은 사람이 몇 세대 전에는 예외적