10대 BIO 기술① '세포정밀이미징·시퀀싱'…"신약개발 혁신"
단일세포 수준 생체 분자 연구 가능해져 고도화된 정밀의료·신약개발 실현
입력 2022.03.03 06:00 수정 2022.03.15 19:56
인쇄하기 메일로 보내기 스크랩하기
작게보기 크게보기
'2022년 10대 바이오 분야 미래유망기술'이 선정됐다. 최근 정밀의료 분야와 바이오마커 분야에서 각광받는 '세포 정밀 이미징·시퀀싱(In situ live cell imaging·sequencing)'이 10대 기술로 뽑히며, 해당 분야의 연구 개발 중요성이 다시금 강조됐다.
 
▲한국생명공학연구원 '2022년 10대 바이오 분야 미래유망기술' 보고서

한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터에서 지난달 28일 '2022년 10대 바이오 분야 미래유망기술' 보고서를 통해 한국의 바이오 미래유망기술 발굴과 패스트 무버로서 확보해야 할 혁신 기술을 제시했다. 해당 보고서는 생명연 김무웅, 김연정 책임연구원, 김흥열 센터장과 한국과학기술정보원 양혜영 책임연구원, 김은선 본부장이 작성했다.

생명연은 10대 미래유망기술로 ▲Platform Bio 부문에는 '세포 정밀 이미징/시퀀싱', '차세대 유전체 합성', '후성유전체 편집' 기술을 ▲Red Bio 부문에는 '치료용 신경정신약물', '차세대 백신', '소포체 기반 약물전달 기술'을 ▲Green Bio 부문에는 바이오장기 생산 키메라기술'을 ▲White Bio에는 '나노물질 유래 친환경 충합체 합성기술', '환경오염물질 분해 마이크로바이옴'을 선정했다.

“단일세포 수준의 고차원 유전체 분석 가능케 해…정밀 진단·신약 개발 획기적 발전”

세포 정밀 이미징·시퀀싱(In situ live cell imaging·sequencing)은 세포 내에서 일어나는 수많은 작용을 3차원으로 정밀하게 관찰할 수 있게 하는 기술이다. 동시에 특정 유전자 서열을 분석해 발현량과 위치를 특정할 수 있게 한다. 

이를 통해 단일세포(Single-cell) 수준에서 생체 분자 정보 연구가 가능해져, 기존 염기서열분석 기술에 의존하는 유전체 연구와 NGS 기반 정보를 바탕으로 정밀의료의 패러다임을 가져올 것으로 평가되고 있다.

생명연은 해당 기술이 ▲유전체 분석 기술 발전 ▲개인 맞춤형 유전체 정보 분석 ▲암, 난치질환 신약 개발 등 광범위한 분야에서 활용될 것으로 전망했다.

보고서에 따르면 세포 정밀 이미징·시퀀싱은 최근 유전체 연구 분야에서 더욱 고차원적인 정보 획득 필요성에 대한 요구를 충족 및 발전시킬 수 있는 기술이다. 또 질환 특이적 유전자의 크로마틴(Chromatin) 3차 구조와 발현에 관한 단일세포 수준의 데이터베이스를 확립할 수 있다.

또한 기존 NGS(Next-Generation Sequencing, 차세대 염기서열 분석법) 기반 유전체 정보와 단일세포 수준의 3차원 정보를 바탕으로 고차원 유전체 분석을 가능하게 한다. 이에 따라 최종적으로 개인 맞춤형 의료서비스 구현에 기여할 것으로 전망된다.
 

“향후 5년, 특정 유전자 발현과 특정 염색체의 크로마틴 3차 구조 간 상관관계 확립”

세포 정밀 이미징·시퀀싱의 상용적 실현을 위해서는 ▲FISH 기반의 초고해상도 3차원 바이오 이미징 기술과 ▲이미지 프레임별 형광 시퀀스 데이터 분석 기술에 대한 연구가 더 활발히 이뤄져야 한다는 의견이다.

바이오 이미징 부문에서는 ▲Multi-round FISH(Fluorescent In Situ Hybridization, or Oligo-panting)을 통해 서로 다른 mRNA나 크로마틴 부위를 형광 바코딩(Bargcoding)하는 기술이 필요하며, ▲초고해상도 형광현미경(Super-resolution Fluorescence Microscopy)을 활용한 특정 뉴클레오타이드(DNA, RNA) 서열의 형광 표지 시각화 기술이 필요하다. 또한 이를 단일세포 수준에서 구현해야 한다.

아울러 형광 시퀀스 분석 부문에서는 ▲서로 다른 시간에 측정된 특정 서열(Sequence Specific)에 대한 FISH Probe(탐침)들의 형광신호를 조합해 각 mRNA 혹은 크로마틴 부위의 위치 정보를 재구성하는 기술이 필요하며, ▲특정 유전자에 대해 기존에 설정한 형광 바코드 정보를 바탕으로 해당 유전자를 식별 또는 특정 염색체의 크로마틴 3차 구조를 분석하는 기술이 필요하다.

그러나 현재 국내에서는 해당 기술을 응용해 공식적으로 발표한 연구 사례가 없는 것으로 알려졌다.

해외에서는 지난 2015년 하버드 대학의 Xiaowei Zhuang 그룹에서 처음으로 형광 바코딩을 통해 한 세포 내에서 100∼1,000개의 서로 다른 single mRNA 분자들의 Spatial(공간) 정보를 정확하게 제공하는 것을 제시해, MERFISH(Multiplexed Error-Robust FISH)라고 명명했다.

이어 2016년 동 연구그룹에서 해당 기술을 크로마틴 구조 분석에 활용해, 시퀀싱 기반의 Hi-C(분석법) 기술을 통한 단일세포 수준의 크로마틴 3차 구조를 분석해 세포 간 크로마틴 구조의 이질성을 확인했다.

아울러 2020년에는 이미징 기반의 크로마틴 3차 구조 분석기술을 단일세포 내 Whole Chromosome(전체 염색체) 수준으로 확장한 연구결과를 발표했으며, 현재 이를 바탕으로 글로벌에서 다양한 연구로 확장되는 추세다.

생명연은 보고서를 통해 “해당 기술은 세포 본연의 형태를 유지한 체 단일세포 수준의 시·공간적 유전체 정보를 제공한다는 점에서 기존 유전체 분석 기술을 크게 변화시킬 기술로 평가된다”라며 “향후 해당 기술이 보편화되고 현재 다소 불편한 Protocol이 간소화되면, 신약 개발과 환자 맞춤형 유전체 정보 분석 등 응용 분야가 방대할 것”이라고 전했다.
전체댓글 0개
    등록된 댓글이 없습니다.
인기기사 더보기 +
약업신문 타이틀 이미지
[산업]10대 BIO 기술① '세포정밀이미징·시퀀싱'…"신약개발 혁신"
아이콘 개인정보 수집 · 이용에 관한 사항 (필수)
  - 개인정보 이용 목적 : 콘텐츠 발송
- 개인정보 수집 항목 : 받는분 이메일, 보내는 분 이름, 이메일 정보
- 개인정보 보유 및 이용 기간 : 이메일 발송 후 1일내 파기
받는 사람 이메일
* 받는 사람이 여러사람일 경우 Enter를 사용하시면 됩니다.
* (최대 5명까지 가능)
보낼 메세지
(선택사항)
보내는 사람 이름
보내는 사람 이메일
@
Copyright © Yakup.com All rights reserved.
약업신문 의 모든 컨텐츠(기사)는 저작권법의 보호를 받습니다.
무단 전재·복사·배포 등을 금지합니다.
약업신문 타이틀 이미지
[산업]10대 BIO 기술① '세포정밀이미징·시퀀싱'…"신약개발 혁신"
이 정보를 스크랩 하시겠습니까?
스크랩한 정보는 마이페이지에서 확인 하실 수 있습니다.
Copyright © Yakup.com All rights reserved.
약업신문 의 모든 컨텐츠(기사)는 저작권법의 보호를 받습니다.
무단 전재·복사·배포 등을 금지합니다.