바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-86영국, 바이오의약 연구에 즉시 활용 가능한 20만명의 whole genome 시퀀싱 데이터 발표 ◇ UK Biobank, 20만 명의 whole genome 시퀀싱 데이터를 공개. 본 데이터는 전 세계 연구자들에게 제공되어 바이오의약 연구에 즉시 활용 가능하며 신약 개발을 가속화 할 것으로 기대 ▸주요 출처: Science, 200,000 whole genomes made available for biomedical studies by U.K. effort. 2021.11., UK Biobank, Whole Genome Sequencing data on 200,000 UK Biobank participants available now, 2021.11 ▣ UK Biobank, 유전체 연구에서 가장 큰 규모의 시퀀싱 데이터를 공개 ○ 영국 정부에서 추진 중인 ‘장기간 영국인의 건강 연구(long-term British healthy study)’ 프로젝트의 일환으로 참가자 20만 명의 whole genome 시퀀싱 데이터를 공개 - 본 프로젝트는 영국의 참가자 약 50만 명(40∼69세)을 대상으로 5년(2006∼2010년)간 분석해 온 자료의 일부로서 나머지 30만 명의 정보는 2023년 초에 발표할 예정 ※ Amgen, AstraZeneca, GlaxoSmithKline, Johnson & Johnson, Wellcome 및 UK Research and Innovation이 참여하는 민관 파트너십을 통해 2억 파운드의 자금을 지원받았으며 시퀀싱은 deCODE Genetics 및 Wellcome Sanger에서 수행 출처 : UK Biobank, Whole Genome Sequencing data on 200,000 UK Biobank participants available n

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-85GEN 선정, 유망한 코로나19 백신 6종 ◇ 전 세계를 강타한 코로나19 팬더믹을 극복하기 위해 백신과 치료제 개발에 역량을 집중. 지난해 다수의 백신이 성공적으로 개발되면서 백신 접종을 통한 예방이 주요한 대응책이 되고 있는데, 바이오정보 전문매체인 GEN은 최근 긍정적인 데이터 또는 규제 진행 상황을 보여준 유망한 코로나19 백신 후보물질 6종을 소개 ▸주요 출처: GEN(Genetic Engineering and Biotechnology News), Six Up-and-Coming COVID-19 Vaccines, 2021.11.1.; COVID-19 Vaccine Tracker ▣ 코로나19 대유행이 시작된 이후 보건기관, 규제기관, 연구자 및 산업계의 대응은 진단, 치료제, 백신 개발에 집중 ○ 특히 백신 개발에 있어 팬데믹 선포(2020.3) 1년 안에 미국, 독일, 영국, 중국 등을 중심으로 백신 개발에 성공하면서 빠르게 보급 ※ Pfizer/BioNTech, Moderna, AstraZeneca, Janssen, Sinopharm 등 ○ McGill 대학에서 운영하고 있는 COVID19 Vaccine Tracker에 따르면 현재(11.12 기준) 24개 백신이 최소 1개 국가에서 승인되거나 긴급사용이 승인 - 미국 FDA는 1개의 코로나19 백신(Pfizer/BioNTech’s Comirnaty)을 승인했고, 모더나와 J&J 얀센의 코로나19 백신의 긴급 사용을 승인 - 임상 1∼3상 단계에 있는 코로나19 백신 후보물질은 157개로, 임상 1상 단계 37개, 임상 2상 57개, 임상 3상 55개가 있어 추가적인 백신 개발이 기대 출처 : COVID-19 Vaccine Tracker(https://covid19.trackvaccines.org/), 2021.11.12. 기준▣ GEN은 최근 몇 달

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-84WEF, 2021년 10대 미래유망기술 선정 ◇ 최근 세계경제포럼(World Economic Forum, WEF)과 Scientific American 합동으로 질병진단 호흡센서, 주문형 의약품 생산, 건강한 고령화를 위한 공학 등의 바이오 관련 기술을 포함한 “2021년 10대 미래유망기술(Top 10 Emerging Technologies of 2021)”을 발표 ▸주요 출처 : World Economic Forum, Top 10 Emerging Technologies of 2021, 2021.11., 경향신문, 2021년 떠오르는 10대 기술, 2021.11. ▣ 2021년 10대 미래유망기술*(Top 10 Emerging Technologies) 특징 ○ 질병을 진단할 수 있는 호흡센서에서부터 전력 장치의 무선 충전에 이르기까지 2021년 미래유망기술은 지구의 환경, 인류 건강, 인프라 등과 연관 - 농업, 보건 및 우주에 혁명을 일으킬 수 있는 기술적 진보를 강조하고, 기후변화회의(COP26)에서 주장한 온실가스 배출을 줄이기 위한 목표와도 연계 * 미래유망기술이란? 향후 3~5년 이내에 글로벌 사회·경제에 큰 영향력을 가질 혁신적인 기술(breakthrough innovations)로써, 삶을 개선시키고 산업을 변화시키며 지구를 보호하는 데에 잠재력을 가질 것으로 전망되는 10대 기술 ▣ 2021년 선정된 10대 미래유망기술 중 바이오 관련 기술 및 분야는 5개 ※ (바이오기술 포함 추이) 2019년 5개 → 2020년 5개 → 2021년 5개 < 최근 3년 WEF에서 선정한 10대 미래유망기술(2019∼2021년) > 2019년2020년2021년순환경제를 위한 바이오플라스틱마이크로니들탈탄소화 관련 기술소셜 로봇태양열 기반 화학스스로 비료를 공급하는 작물소형 장치를 위한 작은 렌즈가상 환자질병진단 호흡센서신약 타겟으로써의 구조결함 단백질공간적 컴

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-83이산화탄소를 식량자원으로 전환하는 무세포 기반의 인공합성회로 개발 ◇ 효소 반응으로 구성된 무세포 인공 전분 합성회로(Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP) 개발을 통해 이산화탄소를 식량자원인 전분으로 합성할 수 있다는 연구결과가 최근 Science에 발표. 탄소중립 및 식량고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술로 주목 ▸주요 출처 : Science, Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide, 2021.9 ▣ 인류의 주요 식량인 카사바, 고구마 등의 주성분은 전분(starch)이며 포도당이 연결된 중합체 탄수화물로 아밀로스(amylose) 20%와 아밀로펙틴(amylopectin) 80%로 구성 ○ 식물은 광합성 시스템을 바탕으로 빛에너지를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 포도당을 합성하고, 이를 전분의 형태로 저장 - 광합성을 수행하는 세포의 엔지니어링을 통해 CO2에서 전분 생산량을 증가시킬 수 있으나, 전분이 세포 내 축적되면 세포의 성장 및 대사활동을 저해하기 때문에 지속가능한 고생산 시스템 구축이 어려움 ○ 이에 무세포 기반으로 이산화탄소와 수소로부터 전분의 주요 성분인 아밀로스, 아밀로펙틴을 합성할 수 있는 11개의 주요 효소로 인공 전분 합성 회로(Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP)를 개발 - 여러 생물학 데이터베이스(MetaCyc, ATLAS)의 6,568개 효소반응을 바탕으로, 탄소 1개로 구성된 탄소원*으로부터 전분 합성이 가능한 대사회로를 컴퓨터 고속연산을 바탕으로 설계 * 포름산(formic acid, CH2O2), 메탄올(methanol, CH3OH) 등 ▣ 여러 효소반응의 조합 및 모듈화, 최적화를 통해 ASAP1.0∼3.1까지 구축 ○ 효소반응의 조합 및 에너지 분석, 탄소흐름 최적화 등 수

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-82정밀이미징과 AI 기술로 세포 내부 관찰 ◇ 최근 정밀이미징 기술의 발전과 이를 통해 수집되는 이미징 데이터를 AI 기술과 결합하여 세포 내부를 나노 스케일의 고해상도로 관찰할 수 있게 됨. 이러한 기술은 세포 내 기관(organs) 및 소기관(organelles)의 작동기전 규명에 이바지하여 connectomics라는 새로운 연구(뇌세포 간의 연결 연구 등)가 가능할 것으로 기대 ▸주요 출처 : Nature, Nanometre-scale imaging and AI reveal the interior of whole cells, 2021.10.25 ▣ 세포생물학의 오랜 목표 중 하나는 단일세포의 구조와 구성을 완전하게 이해하는 것 ○ 세포를 구성하는 모든 분자의 이름을 지정하고, 각 분자의 위치를 알고, 분자가 상호 작용하는 방식을 지도화하고, - 분자가 어떻게 함께 모여 세포 소기관을 구성하고 그 기능을 결정하는지 알 수 있다면 세포생리학을 이해가 가능 ○ 최근 Nature에 게재된 2편의 논문*은 이러한 목표 달성에 한걸음 다가갈 수 있는 이미징 데이터 수집과 머신러닝 기반의 분석이 결합된 발전을 제시 * Nature, An open-access volume electron micros atlas of whole cells and tissues, 2021.10.6.; Nature, Whole-cell organelle segmentation in volume electron micros, 2021.10.6 - 연구팀은 집속 이온빔 주사전자현미경(focused ion beam-scanning electron micros, FIB-SEM)*을 생물학 연구에 맞게 개발하여 연구에 활용하기 위해 FIB-SEM 시스템을 재설계하여 빠르고 안정적인 고해상도 이미징을 제공 * FIB-SEM는 생명과학 용도로 변경되기 전에 재료과학에서 수십 년 동안 사용 ○ 반

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-81 기후변화, 10년 이내 주요 식량작물 생산에 큰 영향을 주는 것으로 예측 ◇ 최근 NASA와 콜롬비아대학에서 차세대 모델로 기후변화에 따른 농업·작물 생산량을 분석한 결과, 2030년까지 전 세계 주요 식량 작물인 옥수수와 밀의 수확량에 큰 영향을 주는 것으로 예측 ▸주요 출처 : NASA News & Feature Releases, Global Climate Change Impact on Crops Expected Within 10 Years, NASA Study Finds, 2021.11. Nature Food, Climate change signal in global agriculture emerges earlier in new generation of climate and crop models, 2021, 11. ▣ 인류의 주요 식량작물인 옥수수와 밀이 기후변화에 따른 영향으로 10년 이내에 생산량에 큰 변화가 있을 것으로 예상 ○ 연구팀*은 최신 기후 및 농업 모델을 사용하여 시뮬레이션해 본 결과, 옥수수 작물 수확량은 24.1% 감소할 것으로 예상되는 반면 밀은 17.5% 생산량 증가가 예상되는 결과를 도출 * NASA Goddard Institute for Space Studies(GISS) 및 The Earth Institute at Columbia University - 기후변화로 열대 지방에서 옥수수를 재배하는 것은 더 어려워지겠지만 밀의 재배 범위는 확장될 수 있는 것으로 예상 - 이러한 수확량의 변화는 기온 상승, 강우 패턴의 변화 및 인간이 유발한 온실가스 배출로 인한 이산화탄소 농도 상승에 기인한다는 것을 예측 ○ 이번 연구를 주도한 요나스 예거마이어(Jonas Jägermeyr) 박사는 “옥수수에 대한 결과는 놀라웠으며 현재 생산 수준에서 20% 이상 감소하면 전 세계적으로 심각한 영향을 미칠 수 있을 것”이라고 언급 - 그러나 상대

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-80 미국 NIH, COVID-19 연구 전략계획 발표 ◇ COVID-19 대유행 종식을 위해 미국 NIH는 지난해 “NIH-Wide Strategic Plan for COVID-19 Research”라는 전략계획을 수립했으나, 팬더믹이 지속됨에 따라 새로운 도전과제가 발생하여 이를 전략계획에 반영하여 보완. COVID-19로부터 안전한 세상이라는 비전을 달성하기 위해 5개 우선순위 영역(기초연구, 검출 및 진단, 치료, 예방, 건강 불균형)에 관한 연구를 강화하고 이해를 증진하여 더 나은 진단, 치료 및 예방에 필요한 도구 및 접근방식을 개발하고자 목표 ▸주요 출처: National Institutes of Health, NIH-Wide Strategic Plan for COVID-19 Research, 2021.5 ▣ NIH는 SARS-CoV-2 및 COVID-19에 대한 이해를 높이고 진단, 치료 및 예방에 필요한 도구와 접근방식을 향상하기 위한 전략계획 마련 ○ SARS-CoV-2 이해와 COVID-19의 위협을 완화하기 위한 연구를 지원하여 국민의 건강을 지키는 목표의 전략계획(NIH-Wide Strategic Plan for COVID-19 Research)을 발표(2020.7) - 기존 연구 이니셔티브를 기반으로, 전략계획에 제시된 5개 연구 우선순위에 초점을 맞춤 새로운 이니셔티브를 구성 - 우선순위(중점과제) 영역*에 대한 연구를 강화함으로써, SARS-CoV-2 및 COVID-19에 대한 기본 이해를 증진하고 더 나은 진단, 치료 및 예방에 필요한 도구 및 접근방식을 개발하여 COVID-19로부터 안전한 세상이라는 비전 달성을 목표 * 중점과제 1. Improve Fundamental Knowledge of SARS-CoV-2 and COVID-19 중점과제 2. Advance Detection and Diagnosis of COVID-19

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-79 과학기술 분야 핫 이슈 ‘양자컴퓨터’, 신약개발 가속화 기대 ◇ 최근 뜨거운 관심을 받고 있는 양자컴퓨터, 신약개발을 위한 구조 생물학 분야에 활용 등 다양한 가능성을 기대하고 있어 바이오 분야의 R&D 혁신을 앞당길 수 있을 것이라는 의견 제시 ▸주요 출처 : Nature Methods, Biology begins to tangle with quantum computing, 2021.6. 바이오스펙테이터, 베링거, 구글과 ‘양자 컴퓨팅’ 신약개발 파트너십, 21.1.13, 사이언스타임즈, 양자컴퓨터가 바이오기술 혁명 앞당긴다?, 2020.5 ▣ 바이오의약 분야의 과학자들은 최근 뜨거운 관심분야인 양자컴퓨터가 생물학 분야에 어떻게 활용될 것인지 대해 논의를 시작 ○ 과학자들은 양자컴퓨팅이단백질 설계와 같은 구조생물학의 영역에서 알고리즘 및 기계학습 접근방식을 개발하고 적용하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 탐구 ○ 양자컴퓨팅이 ‘아직 준비되지 않은 기술(A technology that is coming but not ready yet)’이지만 컴퓨터 생물학(Computational Biology)에 대한 관심이 보다 증가하고 있으며, - 특히 막스플랑크 정보학 연구소에서는 양자컴퓨팅의 연구계획에 생명 과학의 조합 최적화 및 기계학습에 양자컴퓨팅을 적용하는 방법이 포함되어 있다고 언급 ▣ 전문가들은 약물 설계 및 구조생물학 분야의 계산이 양자컴퓨팅에 가장 적합한 생물학 영역으로 제시 ○ 그동안 연구자들은 약물 설계에서약물 분자의 원자가 배열될 수 있는 수많은 확률과 방법에 직면하고 있었으며, 약물이 수행하는 특정 기능에 가장 적합한 방법을 찾기 위해 고민 중 ○ 특히 단백질의 접힐 구조를 예측하려면 아미노산 사슬이 꼬일 수 있는 수많은 구조에서 가장 에너지가 낮은 아미노산 구조를 찾아야 함 - 펩타이드와 단백질은 아미노산의 기본 골격(backbone)으로 구성되며 이 백본에

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-78뇌연구와 뇌질환 극복을 위한 세계에서 가장 큰 뇌지도 구축 노력◇ 뇌세포 분류 및 뇌지도 구축을 위해 전 세계 연구자들은 협력 중이며, 미국 BRAIN Initiative 컨소시엄 연구팀인 BICCN(BRAIN* Initiative-Cell Census Network)은 운동피질 영역 등 특정 유형 세포를 분자 단위로 분석한 연구성과에 대한 17편의 논문을 Nature에 게재 * Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies ▸주요 출처 : Nature, How the world’s biggest brain maps could transform neuroscience, 2021.10.07.■ 미국의 BRAIN initiative 등 주요국은 뇌연구를 위한 중장기 대규모 프로젝트를 추진 중 ○ 미국 BRAIN 이니셔티브(2027년까지 66억 달러 투자)는 노인 인구 증가로 인한 뇌질환 부담을 감소시키기 위해 시작되었으며 뇌지도 작성 및 새로운 매핑 기술을 개발하고 적용하기 위한 대형 프로젝트를 추진 - 2017년 구성된 BICCN*은 BRAIN 이니셔티브에서 가장 많은 예산을 지원받고 있으며 미국 내 26개 연구기관이 컨소시엄을 구성 - 포유류 뇌에 대한 거의 모든 정보가 담긴 3차원 뇌세포 아틀라스를 만들기 위한 대규모 뇌과학 프로젝트 수행 ※ BICCN은 대량의 뇌세포 유형 카달로그(다양한 뇌세포 유형, 뇌세포별 비율, 공간적 뇌세포 배열 등) 구축 ○ EU는 Human Brain Project(HBP, 2023년까지 10억 유로 투자)를 통해 인공 신경회로 구축 및 뇌연구 데이터와 툴 공유를 위한 디지털 뇌연구 플랫폼 구축을 목표 ※ 방대한 데이터 세트를 생성하고 이를 분석하는 디지털 툴 및 실험 수행을 위한 리소스(https://ebrains.eu)를 공개 ○ 일본은 2014년 마모셋 뇌의 신경회로망

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-77 NIH Common Fund 프로그램의 데이터 활용을 촉진하는 Common Fund Data Ecosystem(CFDE) ◇ 미국 NIH는 Common Fund 프로그램 내 또는 프로그램 간 데이터 사용을 촉진하고자 Common Fund Data Ecosystem(CFDE)을 추진. CFDE 운영을 통한 데이터 등 혁신적 협업은 바이오 연구의 새로운 통찰력 확보에 기여할 것으로 기대 ▸주요 출처 : 미국 NIH Common Fund 홈페이지(https://commonfund.nih.gov/dataecosystem), https://app.nih-cfde.org/ 생명공학정책연구센터 BioINwatch 20-50, 미국 NIH Common Fund(공통연구비) 프로그램, 2020.7.16 ▣ Common Fund Data Ecosystem(CFDE)은 다양한 NIH Common Fund 프로그램들의 데이터에 접근하고 활용할 수 있도록 노력 ○ 미국 NIH는 산하 여러 연구기관의 R&D 활동에 공통적으로 큰 파급효과를 나타내는 분야에 대해 Common Fund(공통연구비) 프로그램을 운영 - NIH 내 벤처캐피털 기능을 하며 단기적(5~10년) 추진으로 바이오 연구에 혁신적인 영향을 미치는 아이템에 전략적으로 투자 ※ 2021년 예산은 6억 4,850만억 달러(약 7,560억원)으로 현재 4D Nucleome (4DN), Glycoscience, Cellular Senescence Network(SenNet), Extracellular RNA Communication, Somatic Cell Genome Editing(SCGE) 등 30여 개의 프로그램들이 추진 중. Common Fund Data Ecosystem(CFDE)도 포함 ○ Common Fund 프로그램마다 생성되는 데이터의 저장 및 관리 방식이 달라 여러 데이터 세트를 연계하여 분석하는 것이 불가능한