유전자 커뮤니티의 모습 진단하는 '코지넷 기술' 개발
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유전자 커뮤니티의 모습 진단하는 '코지넷 기술' 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2024.04.23 23:50
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- KAIST 이도헌 교수팀, 연구 수행
- 인간 사회처럼 건강한 유전자 커뮤니티의 모습 찾아 질병 진단
- 연구팀 "복합질병의 환자 맞춤형 의료 실현을 향한 실마리 될 것"
- 논문, SCI급 국제학술지 'Briefings in Bioinformatics' 게재

[위즈뉴스] 구성원들 사이의 활발한 교류로 결속력이 높은 사회적 커뮤니티가 건강한 개인을 만들 듯, 유전자 커뮤니티의 결속력도 개인의 건강 상태에 영향을 미칠 수 있을까?

국내 연구진이 유전자 커뮤니티의 결속력이 개인의 건강 상태를 결정하고 환자 맞춤형 의료를 위해 활용될 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 

KAIST(총장 이광형)는 23일, 바이오및뇌공학과 이도헌 교수 연구팀이 개인화된 유전자 네트워크에서 환자 특이적으로 결속력이 약화된 유전자 커뮤니티를 찾아내 환자 맞춤형으로 약물 표적을 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

왕승현 박사과정생(왼쪽)과 이도헌 교수 / 사진=KAIST

이번 연구 결과를 담은 논문은 영국 옥스퍼드대학교에서 발간하는 생명정보학 분야의 SCI급 국제학술지 `생명정보학 브리핑(Briefings in Bioinformatics, IF=9.5)’ 4월 15일자 온라인에 게재됐다. 

논문명은 'Community cohesion looseness in gene networks reveals individualized drug targets and resistance'이며, 이도헌 교수가 교신저자로, 왕승현 박사과정생이 제1저자로 참여했다.

"환자 맞춤형 의료 실현을 위한새로운 시각 열어줄 것"

연구팀의 이도헌 교수는 “여러 유전자가 관여하는 복합질병은 개별 유전자보다는 유전자들 사이의 상호작용을 고려하는 시스템적 관점에서 바라봐야 하며 현재 임상 현장에서 환자 맞춤형 의료를 위해 쓰이는 단일 유전자 기반의 바이오마커들은 복합질병의 이질성과 복잡성을 충분히 담아내기에는 한계가 있다"며 "이번 연구에서 개발한 개인화된 유전자 네트워크에서 유전자 커뮤니티의 결속력에 기반한 코지넷(COSINET) 기술이 복합질병의 환자 맞춤형 의료 실현을 위한 새로운 시각을 열어 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 

국제학술지 'Briefings in Bioinformatics' 최신호에 게재된 해당 논문
doi.org/10.1093/bib/bbae175

최근 고령화와 생활 습관 변화 등에 따라 암, 심혈관계 질환, 대사 질환 등 복합질병의 발병률이 크게 증가하는 실정이다. 이에 전문가들은 개별 환자의 특성을 고려한 ‘환자 맞춤형 의료’를 제공해 그 치료 효과를 높임으로써 개인적, 사회적 의료비 부담을 경감해야 한다고 지적한다. 

연구팀은 이러한 요구에 발맞춰 개인화된 유전자 네트워크를 정교하게 구축하고 해당 네트워크에서 각 유전자 커뮤니티의 결속력을 정확하게 측정할 수 있는 코지넷(COSINET, COmmunity COhesion Scores in Individualized gene Network Estimated from single Transcripotmics data) 기술을 개발했다. 

연구팀은 수백 개의 정상 조직 유전자 발현 데이터를 근거로 유의미한 상관관계를 보이는 유전자 상호작용을 기반으로 정상 조직의 유전자 네트워크를 구축했다.

그리고 유전자 커뮤니티들의 유전자 상호작용마다 보이는 상관관계를 선형 회귀 분석을 통해 모델링한 뒤, 개별 환자의 유전자 발현량이 해당 예측 모델을 잘 따르는지를 통계적으로 분석했다.

이를 통해 환자 특이적으로 그 상호작용이 소실된 유전자 쌍을 정상 조직 유전자 네트워크에서 제거함으로써 개인화된 유전자 네트워크를 구축했다. 

더 나아가 개인화된 유전자 네트워크에서 유전자들 사이의 최단 거리를 기반으로 소실된 유전자 상호작용이 각 유전자 커뮤니티 결속력 약화에 미치는 영향력을 정확하게 측정했다. 

 사회적 및 유전자 커뮤니티 결속력과 건강한 개인에 대한 일러스트레이션 / 자료이미지=KAIST

연구팀은 환자 특이적으로 그 결속력이 크게 감소한 유전자 커뮤니티를 통해 환자 특이적인 질병 기전을 설명할 수 있음을 보이고, 해당 유전자 커뮤니티에서 환자 특이적으로 결속력 약화에 크게 기여하는 유전자들을 찾아, 보다 효과적인 환자 맞춤형 약물 표적을 제안했다.

연구팀은 이러한 약물 표적 발굴 기술이 기존 기술 대비 약 4배 이상 효과적임을 증명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 데이터 기반 디지털 바이오 선도 사업의 지원을 받아 수행됐다.


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