임상유전체란?

유전체 염기서열 및 오믹스(Omics) 분석을 통해 얻은 정보를 이용하여 환자의 질병 진단과 맞춤 치료에 사용하고자 하는 분야이며, 차세대 염기서열 분석(NGS, Next Generation Sequencing) 기술의 비약적인 발전으로 최근 크게 성장하고 있다.

많은 의료 및 연구 기관들에서 임상유전체 정보를 분석하며 질병의 원인을 이해하고 진단과 치료에 활용하고자 하는 연구들이 활발히 이뤄지고 있다.

작년 3월, 우리나라는 차세대 염기서열 분석 기반의 유전자 패널 검사가 실시되면서 NGS를 통한 임상 유전체 데이터 생산이 급격하게 늘고 있고, 정밀의학 실현을 위하여 임상유전체 분야의 관심과 발달은 전 세계에서 미래 투자 산업으로 뜨겁게 떠오르고 있다.
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최근 NGS 데이터 분석이 대중화되긴 했지만 한정된 연구비 수준에서 NGS 데이터를 생산, 저장하고 분석하는 시스템을 구축하기는 쉽지 않다. 특히 대용량 데이터를 신속, 정확하게 분석하여 의미 있는 결과를 얻어내는 소프트웨어 기술들의 발전은 그 속도가 상대적으로 더딘 편이다.

또한, 일반적으로 대용량 데이터를 다루는 데 있어서 공개된 소프트웨어들은 커맨드라인 형식이 대부분이다 보니 생물정보를 접해보지 않은 연구자들에겐 더욱이 어려운 상황이다.

이러한 환경에서 대용량 임상유전체 분석을 쉽게 진행할 수 있는 솔루션을 소개해보고자 한다.
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- NGS raw 데이터부터 변이 확인까지

일반적으로 NGS 시퀀싱 서비스를 수행하면 1차 분석결과까지 받게 되는 경우가 많다. 하지만 변이 분석은 파라미터를 어떻게 설정하느냐에 따라 결과가 다르고 원하는 영역의 변이 정보를 얻지 못할 경우가 있다.

Biomedical Genomics Workbench는 Human Genome의 NGS 데이터 분석에 특화된 GUI 기반의 소프트웨어이다. Somatic Cancer와 Hereditary disease의 변이 분석에 최적화되어 있으며, 다량의 샘플에 대한 복잡한 분석도 기본적으로 내장된 워크플로우 혹은 커스터마이즈한 워크플로우 제작을 통해 분석 효율성을 극대화할 수 있다.

더불어 다양한 NGS 플랫폼의 데이터 포맷을 지원하기 때문에 쉽게 raw 데이터부터 분석이 가능하고, 1000Genome, ClinVar, HapMap 등 다양한 public database들을 포함한 패키지를 손쉽게 다운로드 받아 사용할 수 있다.

그리고 변이분석 뿐만 아니라 RNA-seq 분석을 통해 발현량 및 발현패턴 분석까지도 수행할 수 있다.

<그림 2. 사용자 편의적인 인터페이스의 변이 분석>

(관련자료 : https://insilicogen.com/service/detail/85/)
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<그림 3. 워크플로우의 제작>

(관련자료 : https://insilicogen.com/service/detail/85/)

- 의미있는 변이의 필터링

앞서 변이 정보들을 얻고나면 이 중에서 질병과 연관된 또는 질병을 일으키는 의미 있는 변이들을 찾아내야 한다. 하지만 수십만 개 변이 중에 원인이 되는 변이를 찾는 일은 단순하지 않다.

Ingenuity Variant Analysis(IVA)는 이러한 어려운 문제점을 해결해주는 변이 분석 플랫폼이다. 타겟 변이 리스트들을 생물학적 필터 기준을 통한 검증의 우선순위를 설정할 수 있고, 관심 phenotype에 관련한 변이 정보와 집단에 대한 통계분석 바탕으로 변이 정보를 필터링할 수 있다.

또한, 생물정보학적인 기술이 없어도 쉽게 다룰 수 있는 사용자 친화적인 인터페이스로 변이가 존재하는 유전자의 upstream/downstream의 1~2단계 내에서 변이 식별도 가능하다.

<그림 4. 변이정보의 필터링>

(관련자료 : https://insilicogen.com/service/detail/94/)

- 질병 유발 변이정보 확인

Human Gene Mutation Database(HGMD)는 문헌에 보고된 Human에서 유전질병을 유발하는 돌연변이 및 질병관련 정보들을 포함하고 있는 데이터베이스이다. 오랜 기간 전문가들의 큐레이션을 통해 안정화되었고, 현재 보편적으로 임상유전체 연구에서 활용되고 있는 데이터베이스이다.

온라인 버전의 경우는 쉬운 검색을 통하여 변이의 종류, 위치, 관련 질병 및 표현형, 표기되어 있는 논문 정보 등을 확인할 수 있고, 대용량의 변이 정보를 검색해야 하는 경우는 다운로드 버전을 통해 분석 파이프라인에 추가하여 활용할 수 있도록 제공되고 있다.

<그림 5. 데이터베이스 검색 시 제공되는 리포트>

(관련자료 : https://insilicogen.com/service/detail/96/)

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이처럼 소개된 3가지의 솔루션은 현재 QIAGEN Bioinformatics의 제품군이다. QIAGEN은 Sample to Insight 전략으로 세계적으로 저명한 생물정보 기업들을 합병하면서 샘플 추출부터 생물정보 분석까지의 일련의 과정에서 연구자들이 문제를 직접 해결할 수 있는 환경을 만들고 있다.

하지만 단순히 솔루션만 보유한다고 정밀의학에 무조건 가까워지지는 않을 것이다. 구체적으로 어떤 임상 샘플을, 어떠한 기술을 이용하여, 질병과 연관된 해석을 통해 최종 결론을 내기까지 연구자들이 기술적인 부분을 많이 어려워하고 있다. 이러한 시장현황에 발맞춰 생물정보 기반의 임상유전체 분석 및 정밀의료 파이프라인 구축에 쉽게 활용 가능한 솔루션들과 컨설팅으로 (주)인실리코젠이 함께 할 것이다.

작성자 : Consulting팀 김경윤 선임

Posted by 人Co