게놈연구소

유전체 연구개발을 통한 생명공학 분야의 선구자 - 게놈연구소

마크로젠 게놈연구소는 당사의 핵심기술인 유전체 분석의 연구개발에 주력해 왔습니다. 마크로젠 설립초기에는 국내 최초로 미생물 유전체 분석(자이모모나스 모빌리스)에 성공하여 그 연구결과를 2005년 Nature Biotechnology에 발표하였습니다. 해당 연구결과는 국내 최초로 생물의 유전체 분석기술을 확립한 계기가 되었을 뿐만 아니라 알코올 생산 균주로서 자이모모나스 모빌리스의 활용에 대한 분자생물학적 지도를 완성한 것에 의의가 있습니다.

창립초기에 구축한 유전체 분석기술을 바탕으로 마크로젠의 게놈연구소는 한국인 유전체를 이용하여 세계에서 다섯 번째의 인간게놈 전체서열분석에 성공하였으며 해당결과는 2009년 Nature에 발표되어 국내외에 큰 반향을 일으켰습니다. 이러한 연구개발을 통해 확립한 대규모 염기서열분석기술 및 Bioinformatics 기술은 발전을 거듭하여 2010년 아시아인을 대상으로 한 Copy number variant 분석 (Nature Genetics), 2011년 다수의 한국인을 대상으로 한 Genome 분석, Transcriptome 분석 (Nature Genetics) 등의 성공적인 결과로 이어졌습니다.

2013년에는 서울대 유전체의학연구소와 함께 몽골계를 포함한 북방아시안 게놈프로젝트를 추진하여 1,000여명 이상의 게놈분석을 완료하였고 이어서 2015년에는 아시아인 1만 명 게놈분석 프로젝트를 확대하여 10만명 이상의 아시아인 게놈분석을 목표로 하는 아시아인 게놈분석 프로젝트를 발표하였습니다. 또한 2016년부터는 GenomeAsia 100K 프로젝트(www.genomeasia100k.com)에 참여하여 Founding partner의 일원으로서 해당 프로젝트를 주도해 갈 예정입니다.

마크로젠 게놈연구소와 생명정보연구소는 2016년 서울대 유전체의학 연구소와 공동으로 현재까지 가장 완벽한 인간 유전체 염기서열로 평가 받는 한국인 게놈 염기서열을 Nature에 발표했습니다. AK1으로 명명된 이 한국인 염기서열은 마크로젠의 최첨단 유전체 분석기술을 활용하여 조합되었으며 현재 인간 표준염기서열에 존재하는 많은 수의 공백을 메우는데 성공하였습니다. 또한 한국인 특이적인 유전적 변이들을 다수 발굴해 내는데 성공함으로써 마크로젠 게놈연구소의 선도적인 역량을 확인시켜 주었습니다.

이러한 대규모 유전체 프로젝트를 통해 확립된 차세대 염기서열분석기술 (NGS, Next Generation Sequencing), BAC 클론 (Bacterial Artificial Chromosome) 기술, 유전체분석 Bioinformatics 기술들은 현재 마크로젠의 주요 사업분야인 NGS, CES, Biochip 분석서비스 등에 폭 넓게 사용되어 마크로젠의 핵심 경쟁력으로 손꼽히고 있습니다.

향후 마크로젠 게놈연구소는 대규모 유전체분석을 통해 얻어진 아시아인의 유전적 변이 DB를 활용하여 아시아인과 한국인을 대상으로 하는 정밀의학(Precision Medicine)의 실현에도 기여할 예정입니다. 이를 위해 마크로젠 부설의 맞춤의학 연구소 및 정밀의학 센터에서 진행되는 임상연구 기반조성에도 적극 참여하여 암과 관련한 동반진단 시스템 개발 등에 기여하고 있으며 미래 정밀의학의 일환으로 환자 개인별 맞춤형 재생의학의 주 분야가 될 줄기세포연구에도 박차를 가하고 있습니다.

연구성과 및 현황

자이모모나스 모빌리스 바이오리파이너리 프로젝트

자이모모나스 모빌리스는 알코올 생산 박테리아로써 현재까지 밝혀진 미생물 중 가장 높은 알코올 생산효율과 생산성을 지니고 있기 때문에 지난 수십 년 간 대체에너지 분야에서 다각적인 연구가 진행되어 왔습니다. 당사는 유전체 지도작성연구로 시작된 자이모모나스 전체 염기서열분석을 2000년 국내 최초로 완료하였고 그 결과를 미국 NCBI, GenBank에 등록하였습니다. 그 후 자이모모나스 Microarray 개발 및 유전체 분석연구를 통해 유용 에탄올 생산 유전자 발굴, 수퍼알코올 박테리아 자이모모나스 개발에 성공하였으며 관련 연구결과를 2005년 Nature Biotechnology에 발표하였습니다.

또한 지속적인 후속연구를 통해 국내외 특허를 획득하였으며 공동연구를 통해 전분계 발효 원료물질인 카사바를 이용한 당사 개발균주의 에탄올 상용화 가능성 및 에탄올 대량생산 가능성을 확인하였습니다. 현재는 이와 같은 연구성과를 바탕으로 연료용 에탄올뿐만 아니라 유기산(Organic Acid; 숙신산, 말산, 젖산 등) 발효생산을 위한 생물소재의 산업바이오(White Biotechnology) 분야로 연구개발을 확대하여 다음과 같은 프로젝트를 진행 중에 있습니다.

- 전분질계 에탄올 및 유기산 생산 수율 향상 균주 개발 및 생산 공정 개발
- 바이오매스 유래 목질계 에탄올 및 유기산 생산성 향상 균주 개발
- 대사회로 조작 기술을 이용한 유용 생물소재 유기산 생산 균주 및 공정 개발

Whole Genome of Zymomonas mobilis ZM4(Nature Biotechnology, Jan. 2005)

  • - 미생물 유전체(Zymomonas) 세계 8번째 해독 (2000년 8월)
  • - Nature Biotechnology 논문 발표(2005년 1월)

한국인유전체 프로젝트

2011년 2월, 인간 유전체 프로젝트 10주년 기념 네이쳐 특집호

  • 2001. 07한국인(AK1) BAC 클론 지도 완성
  • 2007. 10K1 유전체 서열분석 시작
  • 2008. 09AK1 유전체 서열분석 완료 (30X)
  • 2008. 11AK1 유전체 분석 결과 제 3회 코리아헬스포럼 심포지엄 기조강연
  • 2009. 01Nature publishing group 주최 ‘Miami Winter Symposium’ 초청강연
  • 2009. 07Nature 논문 게재
    한국인 개인 유전체 전장서열 분석 결과를 Nature에 게재
    현재까지 가장 정확한 유전체 지도 완성

한국인유전체 BAC clone 프로젝트

유전체연구의 선두주자 마크로젠은 한국인 유전자지도 초안을 완성했습니다. ‘한국인 BAC클론 지도 (Korean BAC Clone Map)’로 명명된 유전체지도는 한국인의 DNA를 잘게 잘라 약 10만개로 조각을 낸 뒤 모든 조각 끝 부분의 500개 염기서열을 확인하고 여기에 생명정보학(Bioinformatics) 기술을 이용하여 HGP의 유전체지도에 비교하는 방식으로 이뤄졌습니다.

이번 유전자지도 초안 완성으로 평균 11만개의 염기로 구성된 BAC클론을 대부분 확보할 수 있게 되었으며 질병관련 유전자 데이터베이스를 활용하여 목표 질병 유전자를 정확하게 선정함으로써 질병진단 및 치료를 위한 유전자별 기능을 연구할 수 있는 기반을 구축하였습니다. 또한 한국인 유전체지도 및 확보한 BAC클론 4,000개를 이용하여 1Mb 해상도로 염색체의 양적, 구조적 이상징후 (microdeletion, subtelomere, telomere)를 진단할 수 있는 ‘MacArray Karyo 4000’을 개발하였고, 주요 발암 유전자를 진단할 수 있는 FISH (Fluorescence in situ hybridization) probe 개발을 완료하였습니다.

아시안 게놈 프로젝트

- 아시안게놈센터 설립(2009년 6월, 서울의대 유전체의학연구소 內)
- 한국인을 포함한 Asian인 1000명의 개인 유전체 분석 프로젝트
- SNP, CNV, 질병관련 유전자 발굴 등 유전정보 컨텐츠의 조기확보 및 자원화
- 개인별 유전체의 서열 및 구조적 다양성에 기반한 맞춤 진단 및 맞춤 의약품 개발을 위한 마커로 활용

지놈아시아 100K 이니셔티브 프로젝트

Genome Asia 100K 프로젝트는 아시아인에 특화된 정밀의학을 실현하기 위해 아시아인 대상의 의학연구를 진행함으로써 약 10만 명의 아시아인 게놈을 분석하는 것을 목표로 하고 있습니다. 아시아가 전 세계 인구의 40% 이상을 차지하지만 현재 인간표준염기서열에는 잘 반영되어 있지 않다는 점에서 이번 프로젝트는 아시아인에 특화된 정밀의학을 실현하는데 실질적인 기반을 제공할 것입니다. 마크로젠은 Genome Asia 100K 프로젝트를 기획하는 단계에서 설립멤버 중 하나로 참여하여 그간 축적된 유전체 분석기술을 활용한 주도적인 역할을 담당할 것입니다. 이를 통해 향후 아시아인을 대상으로 하는 유전체 분석기반의 질병진단과 예방치료에 기여하고자 합니다.

AK1 한국인 표준유전체 프로젝트

마크로젠 부설 게놈연구소는 서울대학교 의과대학 유전체의학연구소와 공동으로 AK1으로 명명된 한국인 유전체 염기서열을 단일분자 실시간 염기서열분석(Single-molecule real-time sequencing), 반수체 연결분석(Haplotype phasing), NGS mapping, BAC(Bacterial Artificial Chromosome) 클론분석 등의 기법을 총동원하여 조합해냄으로써 현재까지 만들어진 인간유전체 염기서열 중 가장 완전하고 연속적인 조합(Genome assembly)을 도출해 내는데 성공했다는 평가를 받고 있습니다.

미래재생의학을 위한 줄기세포연구

줄기세포는 미래 재생의학에 중요한 분야가 될 것입니다. 마크로젠은 세포응용연구사업단의 연구 과제로 ‘줄기세포분화 네트워크 데이터 마이닝 시스템’ 연구를 진행한 바 있으며 마크로젠이 축적한 유전체 분석기술을 활용하여 세포분화에 관련된 중요 유전자를 탐색하고 있습니다. 당사는 이를 바탕으로 재생의학을 앞당길 수 있는 다음과 같은 기초연구들을 진행하고 있습니다.

  • - 줄기세포의 안전성 및 유효성 검사 기준 및 방법 개발연구
  • - 분화 물질 탐색을 위한 모니터링 세포주 개발연구
  • - 세포치료제 개발연구
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