국내 연구팀이 최신 염기서열 분석 기술인 NGS기반 롱리드 시퀀싱(Long read sequencing)을 이용해 인간유전체를 분석하고, 이를 새로운 알고리즘으로 연결하는 신생조합방법(de novo assembly)을 통해 아시아인 표준 유전체를 완성했다.

서울의대 유전체의학연구소(소장 서정선)와 마크로젠(대표 정현용) 공동연구팀은 한국인 유전체를 대상으로 최고 정밀도를 갖춘 아시아인 표준 유전체를 구축했다고 6일 밝혔다.

이번 아시안 유전체 완성은 6일자(한국시간) 네이처 최신호에도 발표됐다(논문명: De novo assembly and phasing of a Korean human genome).

그 동안 사용된 인간 표준 유전체 GRCh38(Genome Reference Consortium human build 38)은 주로 백인과 흑인 일부 유전체를 반영한 것이다.

때문에 아시아인 분석에 상당한 문제점을 보였다고 마크로젠은 밝혔다. 특히 이번 발표로 아시아인 표준 유전체가 GRCh38에 비해 약 1만8000개 구간에서 현격한 구조적 차이를 보여주는 것을 확인했다고 알렸다.

염기서열에서 50번 변화가 생기는 것을 '구조적변이'라고 하는데 이러한 변이가 1만8000개라는 것이다.

서울의대 유전체의학연구소 관계자는 "1만8000개에서 1만개는 기존에 알려진 변이다. 하지만 8000개는 새로 찾아냈다. 기존에 질병 원인 유전자를 찾을 때 못 찾는 경우가 있었는데 이 8000개 중에서 찾을 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences), 10x지노믹스(10x Genomics), 바이오나노 지노믹스(BioNano Genomics) 등 다양한 유전체 분석 기술 전문기업 기술진들이 참여했다.

그동안 전세계 공통 표준 유전체는 미국 국립보건원 산하 국립생물정보센터(NCBI, National Center for Biotechnology Information)에서 제공하는 서양인 중심 'GRCh38' 유전자가 인정됐다.

하지만 마크로젠 관계자는 "이 표준 유전체에는 한국인을 포함한 아시아인이 가지고 있는 특이적인 유전자 정보가 반영되어 있지 않다. 질병연구 또는 신약개발 간 아시아인의 유전적 특이성과 직접적으로 연관된 사항들이 충분히 고려되지 못했다"고 말했다.

따라서 정상적인 한국인이나 아시아인에서 질병 관련 유전자 변이 또는 유전자 기능 변이가 있는 것으로 보고되는 사례가 빈번했다는 회사 측 설명이다.

서울의대 유전체의학연구소는 서양인 중심 표준 유전체 한계를 극복하기 위해 아시안 표준 유전체 프로젝트(Asian Reference Genome Project)를 진행해 왔다. 2009년 7월 북방계 아시아인의 전형으로 한국인 'AK1' 유전체를 분석, 네이처지에 결과를 발표했다.

그리고 7년 만인 올해 10월, 연구소는 국제 표준 유전체와 비교& 8226;분석을 진행하는 기존 방법 대신 롱 리드 시퀀싱(long read sequencing) 등 최신 서열분석 기술을 선택했다. 또한 신생조합(de novo assembly) 알고리즘을 사용해 한국인 기반 아시아인 표준 유전체를 완성할 수 있었다.

네이처지는 "이번 발표된 한국인 표준 유전체는 현존하는 유전체 중에 가장 완벽한(most contiguous) 표준 유전체인 동시에 인종 특이적인 최초의 표준 유전체이다. 또 아시아인 표준 유전체로써 미래 정밀의학에 사용할 수 있는 의학용 표준 유전체이다"고 밝혔다.

한편 현재 인간 표준 유전체 GRCh38에서는 기술적 한계로 인해 확인이 불가능한 190개의 DNA 영역(DNA region)이 공백 상태로 남아있다.

서울의대-마크로젠 공동연구팀은 이번 연구에서 기존 표준 유전체에 존재하는 총 190개의 공백 중 105개(55%)를 완벽하게 밝히는데 성공했다고 전했다.

마크로젠 관계자는 "부분적으로 해결된 72개까지 포함하면 93%의 공백을 밝혔다"고 말했다.

또한 공동연구팀은 770만개의 염기에 해당하는 1만개 이상의 전혀 새로운 삽입형(insertion) 구조 변이를 발견했다. 이 중 54개의 구조 변이는 유전자 발현이 일어나며, 137개의 변이는 단백질 구조를 변화시키는 것을 확인했다.

특히 기술적 한계로 인해 표준 유전체에 누락되어 있던 800개의 인류 공통 구조 변이를 새롭게 찾아냈다. 이외에도 POU2F3, HRASLS2 등을 포함한 다수의 새로운 아시아인 특이적인 구조 변이를 밝혔다고 전했다.

마크로젠은 “조직적합항원 유전자를 재구성해 장기이식 수술 시 유전체 분석만으로 보다 적합한 이식 대상을 선정할 수 있으며, 약물 대사 속도를 결정하는 CYP2D6 유전자 유형도 규명해 각 개인의 약물 대사 속도를 정확하게 예측, 약물 과용에 따른 부작용을 최소화 할 수 있다”고 밝혔다.

서울의대 유전체의학연구소 서정선 소장은 "이번 고정밀도 아시아인 표준 유전체 완성은 아시아 정밀의학 계획을 수행하는데 필수적인 기반을 확보한 것이다"고 의미를 설명했다.

서울의대 유전체의학연구소와 마크로젠은 이번 연구를 통해 확보한 표준 유전체 구축 기술을 ‘지놈아시아 100K 이니셔티브(GenomeAsia 100K Initiative)’ 연구 프로젝트에 핵심기술로 사용할 계획이다.