핵심 기술인 질량분석법
생물정보학을 통한 프로테오믹스 연구
[바이오타임즈] 유전체, 차세대 염기서열 분석(Next-generation sequecing), DTC(Direct-to-consumer) 분석등은 이제 일반 소비자들에게도 낯익은 용어가 되었다. 이런 유전체 분석 분야에 관심이 증가되는 와중에 미국의 베이조스익스피디션스(Bezos Expeditions)와 벌컨캐피털(Vulcan Capital) 등이 프로테오믹스(Proteomics, 단백질체학) 전문 스타트업 노틸러스바이오테크놀로지(Nautilus Biotechnology)에 7600만달러(약 931억원)를 투자하면서 프로테오믹스에 대한 관심이 높아지고 있다.
프로테오믹스 기술의 상업화는 여전히 대다수의 기업에게는 어려운 과제로 남아 있는 가운데 최근 국내 기업인 베르티스는 세계 최초로 상업화된 프로테오믹스 기반 유방암 진단 의료기기 마스토첵(MASTOCHECK)을 출시함으로써 세계적으로도 주목 받고 있다.
프로테오믹스(단백질체학)란?
프로테오믹스는 개체 또는 조직의 단백질체를 대상으로 하는 분석 및 분석방법의 개발, 대사 상호관계, 질병의 바이오마커 등에 관한 연구 분야이다. 유전체(genome)에 의해 발현되는 단백질들을 단백질체(proteome)라고 하는데 이를 연구하는 것이다.
프로테오믹스는 유전 정보에 의해 발현되는 단백질체를 대상으로 단백질들을 동정(identification)하고, 특성을 분석하며, 종합적인 정량 정보를 얻어내는 학문 분야로 단백질체의 전사후 수식, 단백질간의 상호작용, 그리고 특정 단백질 및 그와 상호작용하는 단백질들의 구조적인 특성까지 연구하는 분야로 그 개념이 확장되고 있다.
질량분석법, 프로테오믹스의 발전에 중요한 역할 담당
프로테오믹스의 기술은 크게 단백질체 분석기술, 단백질체 기능 규명기술, 단백질체 정보기술로 분류된다. 단백질 분석기술의 발전으로 단백질의 발현, 상호작용, 소멸 등에 대한 종합적인 변화를 관찰하기 위한 연구들이 급속도로 증가하기 시작하였다.
단백질체 분리 기술과 질량분석을 이용한 단백질 동정 및 정량 기술이 주를 이루는데 질량분석 기반의 단백질체학은 기기 개발과 시료 처리 및 전산학적 분석 방법의 결합을 통한 발전을 계속하여 이제 성숙 단계에 이르고 있다.
프로테오믹스 분야의 급속한 발전은 분야의 특성상 최첨단 기기의 발전에 그 기반을 두고 있으며 그 중심에 질량분석기가 있다. 질량분석법 기반 프로테오믹스는 혼합되어 있는 복잡한 시료 내에서 단백질들을 동정할 수 있는 가장 우수한 기술이라고 할 수 있다.
단백질을 동정하기 위해서 질량분석법 기반 프로테오믹스는 크게 6단계의 과정을 거치게 된다. 1) 샘플 분리 분획, 2) 펩타이드 형성 단계, 3) 크로마토그래피를 이용한 펩타이드 분리 및 이온화 단계, 4) 1차 MS 분석, 5) 2차 MS 분석 그리고 6) 데이터베이스 비교 분석 및 단백질 동정 단계 등이 기본적인 과정이다(바이오메디컬 질량분석센터).
질량분석법을 이용하여 할 수 있는 연구의 범위가 급격히 늘어 나게 되었고 이를 기반으로 바이오 연구에서 프로테오믹스의 중요성 역시 점차 증대되게 되었다.
또한, 프로테오믹스라는 분야는 질량분석기의 성능과 조건의 최적화뿐만 아니라 샘플을 다루는 다양한 생화학적 방법의 최적화 그리고 데이터를 분석하는 인포메틱스 부분의 최적화까지 동시에 이루어졌을 때 최적의 결과를 얻을 수 있게 된다.
단백질체학은 미래에도 당분간 다른 유전체 이후 기반 영역 (post-genome platform)과는 다르게상당히 보완적이면서도 독특한 역할을 하면서 많은 데이터를 제공하게 될 것이다. 시스템 수준의 생물학적 질문에 대한 답을 구하기 위해서는 통합적인 생물학적 접근법은 필수적으로 보여진다.
기술개발 동향
미국과 유럽을 중심으로 대용량의 생물학적 데이터의 처리와 분석을 위해 생물정보학, 단백질체학의 글로벌 공동연구 및 국제협력 컨소시엄들이 활발하게 구성되고 있고, 이전의 유전체 연구처럼 대형프로젝트로써 단백질체 연구가 펼쳐지고 있다.
인간 게놈 프로젝트의 성공적인 완료 이후 proteome 연구에 대한 기대가 증가하면서 단백질체학 연구가 활발히 추진되고 있는 것이다.
개인별 맞춤의료 시대의 도래로 단백질체학을 비롯한 BIT 융합기술 개발과 활용을 위한 국가적 지원이 강화되고 있다.
미국은 국가생명공학정보센터(NCBI)를 운영하여 관련 DB를 구축하고 자동화 시스템 및 S/W개발을 통해 전 세계적으로 서비스를 제공 중이며, EU는 인간 친화적 관점의 유비쿼터스 융합기술 개발 프로그램인 i2010 & IST 개발을 추진하였다.
일본은 ’09년에 발표한 i-japan2015에서 인간중심의 디지털사회 구현을 위해 전자정부, 의료건강, 교육 등에 대한 융합전략을 마련하였으며, 중국은 BGI(Beijing Genome Institute)를 통해 저렴한 분석비용, 낮은 인건비 등의 장점을 기반으로 세계 DNA 시퀀싱 시장에서 급부상 중이다(생명공학정책연구센터).
생물정보학을 통한 연구
최근의 생물정보학을 통한 단백질체학 연구가 활발하며, 생체 내 단백질의 상호 네트워크 분석기술, 단백질체 구조 및 기능해석 기술, 생체 내 대사체 network 규명 기술, 단백질체의 고속 대용량 데이터에 대한 정량 정성분석 기술 등에서 활용되어지고 있다.
생물정보학을 통한 단백질체학 연구 및 기술개발은 신약개발 등 바이오 산업의 핵심 기반으로서 진단제 및 치료제 개발을 통해 질환 표적 단백질, 바이오의약품 개발에 기여할 것으로 전망된다.
[바이오타임즈=박세아 기자] psa@arg.co.kr
