연세대 이인석 교수팀, 장내 미생물 유전체 해독 신기술 개발

(왼쪽부터) 연세대 이인석 교수, 김찬영 박사, 마준영 박사과정생. 사진 연세대 *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]허서우 인턴 기자 = 연세대는 생명시스템대학 이인석 교수 연구팀(김찬영 박사, 마준영 박사과정생)이 롱 리드 차세대 염기서열 분석 기술을 이용해 기존에 유전체 해독이 어렵던 난배양성 장내 미생물 유전체의 완전 해독을 가능하게 하는 정보 분석 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

이번 연구 결과는 마이크로바이옴 기반 의료 연구 발전에 필수 요건인 인간 장내 마이크로바이옴의 참조 유전체 데이터베이스 완성에 크게 기여할 것으로 기대된다.

장내 마이크로바이옴은 장내 서식하는 미생물들과 이들로부터 유래하는 단백질, 핵산, 대사물질 등 생체분자들을 모두 포함하는 개념으로, 마이크로바이옴이 질병에 미치는 영향을 연구하기 위해서는 미생물들의 군집분석 수준을 넘어 미생물들의 유전체에 암호화된 단백질들과 이들의 기능을 분석하는 것이 필수적이다.

이러한 분석을 효과적으로 진행하기 위해 인간의 장내에 서식하는 모든 미생물의 참조 유전체를 확보하는 것이 필요하다. 기존 미생물 유전체 해독 방법은 염기서열 분석에 필요한 DNA를 충분히 확보하기 위해 미생물의 배양이 필수적이었으나, 최근 개별 미생물종의 배양 없이 미생물 균총의 메타 유전체 염기서열 분석 자료로부터 직접 미생물 유전체를 조립하는 기술(Metagenome assembled genome)이 급속히 발전하고 있으며, 이를 이용해 아직 배양 불가능한 장내 세균 종들에 대한 유전체 해독이 세계 여러 연구자에 의해 경쟁적으로 진행되고 있다.

특히 장내 미생물 균총의 80% 이상이 난배양성으로 알려져 이러한 메타 유전체 기반 장내 미생물 유전체 해독 기술은 휴먼 마이크로바이옴 연구에 혁신 기술로 인식되고 있다. 하지만 기존 메타 유전체 기반 기술은 잘 해독되지 않는 유전자들의 정보가 누락된 불완전한 유전체 지도를 제공한다는 단점이 있다.

연세대 이인석 교수팀은 HiFi(High fidelity) 롱 리드 염기서열 분석을 인간 분변으로부터 추출된 미생물 DNA에 적용해 생산된 염기서열 자료들로부터 유전체를 조립하고, 완벽한 세균 유전체의 최종 판별까지 진행하는 생명 정보 분석 파이프라인을 구축했다.

연구팀은 또한 이 방법을 이용해 세계 최초로 100개 이상의 완전 미생물 유전체를 메타 유전체 서열 분석 자료로부터 재건해 그 정보를 공개했다. 특히 지금까지 배양되지 않아 유전체를 해독할 수 없었던 35종 이상의 장내 세균에 대한 최초의 완전 유전체 지도를 제공했으며, 이들 유전체 정보의 정확도 또한 기존 배양된 미생물을 이용해 해독된 유전체의 정확도와 차이가 없음을 확인했다.


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