기사입력시간 17.11.23 06:00최종 업데이트 17.11.23 06:00

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유전체의학은 미래인가?

[칼럼] 테라젠 바이오연구소 김태형 이사

유전체정보의 임상 적용 꾸준히 확대 중

사진: 게티이미지뱅크

[메디게이트뉴스 윤영식 기자] 1950년대 초 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭을 통해 DNA의 이중나선 분자 구조가 밝혀지고 DNA가 유전정보를 담고 있는 물리적 저장 매체라는 것이 밝혀졌다. 그리고 50년이 지난 2001년 인간 유전체 프로젝트를 통해 한 명의 '인간 유전체 지도'가 드디어 완성됐다. 이후 유전체 해독 기술은 급속도로 발전해 지금은 인간 유전체 프로젝트가 진행됐던 시기와 비교해 백만 배 이상 향상된 DNA해독 기술을 확보하게 됐다. 즉, 기존에 한 사람의 유전체 해독에 필요한 시퀀싱 비용이 1조 원이었다면 현재는 100만 원으로 부모님으로부터 물려 받은 자신의 유전체 데이터를 완벽히 해독 가능하게 된 것이다.
 
이러한 유전체 해독 기술의 비약적인 발전은 기하급수적인 유전체 데이터의 증가를 이끌어 2001년 단 두 명의 유전체 해독(휴먼게놈프로젝트, 셀레라 지노믹스 프로젝트)을 시작으로 현재 전세계적으로 정상인 및 환자 약 200만 명으로부터 유전체 데이터가 생산, 축적됐을 것으로 예상된다. 이를 통해 추정컨대, 2025년에는 약 6천만 명의 환자 유래 유전체데이터가 구축될 것으로 예상된다.
 
유전체 의학은 현재에도 환자의 치료에 활발히 활용되고 있다. 그 중에서도 더욱 더 많은 환자의 데이터가 구축돼 그 활용도가 더 높아질 것으로 보이는 대표적인 질환을 꼽자면 다음 네 가지라 할 수 있다.
 
희귀질환
 
보통은 인구집단에서 약 2천 명 중 1명 보다 낮은 빈도로 발생하는 질환을 말하는데, 이들의 90%가 유전적 원인으로 발생하는 경우가 많다. 이들은 단지 하나 또는 소수의 유전자만으로도 높은 질병 침투도를 보이며 1990년대 초반부터 단일 유전자 검사법을 사용해 많은 희귀 질환에 대한 진단 및 치료방법이 제시됐다. 현재는 '차세대 유전체 해독(NGS)'이라는 최첨단 유전체 기법을 활용해 기존의 단일 유전자 검사법의 한계로 인해 진단되지 않았던 환자들의 약 25% 정도를 추가적으로 진단해 내고 있다.
 
암 질환
 
암은 특정 체세포 유전체의 일부 DNA에 돌연변이가 생겨 발병되는 질환으로, 암조직 검체와 정상(보통은 백혈구) 혈액 검체 분석을 통해 암(cancer)화를 통해 발생한 체세포 변이를 발견하기도 한다. 보통 암 치료에 있어 유전체 기술은 치료 옵션을 바꾸거나 수술 후 재발을 모니터링 하는 것에 효율적으로 적용되고 있으며, 최근에는 액체 생검 기술을 기반으로 조기에 암을 발견하고자 하는 시도도 이뤄지고 있다.

특히 암이 전이된 이후 발생한 이질성(heterogeneity)의 경우 매우 복잡한 패턴을 가지게 되는데, 이때 유전체 분석 정보가 암 치료 방법의 의사결정에 매우 유용하다는 것이 임상분야에서도 확신을 얻고 있다. 실제 이런 임상적 적용은 전세계적으로 진행 중에 있으며 국내에서도 처음으로 NGS 임상검사실 인증제도를 통해 진행중에 있다. 이런 추세는 계속돼 암 치료를 위한 유전체의학의 필요성은 점점 높아질 것으로 보인다.
 
또한, 인간 수명이 점차 늘어남에 따라 G20 국가의 인구 절반 정도가 죽기 전까지 암을 진단받을 것이라고 한다. 이는 곧 암에 대한 대비를 비롯해 암 치료와 관련해 유용한 정보를 효율적으로 제공할 수 있는 유전체의학의 유용성 및 중요성이 강화됨을 의미한다. 2025년까지 약 4천만 명 이상의 사람들에게 의료 시스템을 통한 암 유전체 서비스가 제공될 것으로 예상되고 있다.
 
감염질환
 
전염병을 진단하기 위한 병원균 유전체 해독은 전 세계 의료 시스템 내부로 빠르게 적용되고 있는 분야 중 하나이다. 최근 여러 나라의 대규모 결핵에 대한 발표를 비롯해 최근 전세계적으로 유행했던 식중독균, 에볼라, 메르스 및 지카 바이러스의 신속한 규명과 감염 원인의 추적 또한 유전체 기술을 이용해 가능했다. 또한 이러한 기술의 진보는 환자의 진단 뿐만 아니라 치료에도 적극적으로 활용될 수 있다.
 
일반 질환
 
현재 일반 질환은 다른 질환에 비해 유전체 연구가 직접적으로 활용되고 있지는 않지만, 다양한 국가사업을 통해 데이터 구축을 위한 노력이 이뤄지고 있다. 국내에서는 일반 질환을 대상으로 한 유전체 연구를 위해 약 40만 명의 안산/안성 지역의 인구 집단을 코호트(cohort)로 한 바이오뱅크 사업을 진행중에 있다. 그리고 국외에서는 영국의 50만 명 인구집단을 대상으로 한 바이오뱅크(UK biobank), 중국의 50만 명 인구집단에 대한 카두리 바이오뱅크(Kadoorie bionbank), 일본의 토호쿠 코호트를 비롯해 아이슬란드, 에스토니아, 핀란드, 덴마크가 전체 인구 집단에 대한 유전체 연구 코호트 구축을 진행중이거나 완료했고, 필요에 따라 제노타이핑 기술과 해독 기술을 통해 유전형 정보를 취하고 있는 상황이다.
 
현재 심혈관 질환이나 당뇨병과 같은 특정 일반 질환에 대해서는 유전체 연구가 진행 중에 있으며, 실제로 일부 임상에 적용해 스크리닝 프로토콜로 사용하는 사례들이 소개되고 있다.
 
일반 질환의 경우 환자의 적용범위에 대한 제한이 없기 때문에 그 유전체정보를 임상적으로 광범위하게 일반 질환에 적용할 수 있다면 전체 인구를 대상으로 한 바이오 뱅킹 사업이 함께 수반돼야 한다. 현재 그 일환으로 아이슬란드와 같은 인구수가 적은 국가에서 진행하고 있으며, 관련 사업에 뛰어드는 국가의 수는 점차 증가할 것으로 예상된다. 
 
요약하자면, 전 세계 유전체 기반의 헬스케어 연구 자본과 현재 임상에 도입되는 상황을 고려해볼 때 희귀질환과 암 질환 분야는 이미 임상적 효과가 입증이 돼 실제 임상에서 루틴하게 활용되고 있기 때문에, 앞으로 10년 후인 2027년까지 대부분의 희귀질환자와 70%의 암 환자에게 유전체의학 기술이 사용될 것으로 예상된다. 또한, 인간 수명의 연장과 기술의 진일보로 인해 즉각적인 치료가 필요한 두 질환뿐만 아니라 질병 예방 및 삶의 질 향상과 복지의 일환으로 감염 및 일반 질환 분야에서도 유전체의학 기술이 충분히 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
 
유전체의학은 쓰나미 같이 밀려오는 파도와 같다. 피할 수 없으면 즐기라는 말이 있듯이 실제 임상현장에서 앞선 네 질환 군(감염질환, 희귀질환, 암 질환, 일반 질환) 환자를 헌신적으로 치료하고 있는 임상의사에게 도움이 됐으면 하는 바램에서 칼럼을 연재하게 됐다. 향후 칼럼에서는 독자들이 임상현장에서 작은 지식과 툴로써 활용할 수 있도록, 실제 이러한 질환군의 임상에 적용되고 있는 유전체의학의 최근 사례들을 소개할 예정이다.
 
[참고문헌]
1. J. D. Watson and F. H. C. Crick, ‘‘Molecular structure of nucleic aids: A structure for deoxyribose nucleic acid,’’ Nature, vol. 171, no. 4356, pp. 737–738, 1953. 
2. E. S. Lander et al., ‘‘Initial sequencing and analysis of the human genome,’’ Nature, vol. 409, no. 6822, pp. 860–921, 2001.
3.  E. Birney, et al,. “Genomics in healthcare: GA4GH looks to 2022” bioRxiv 203554

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윤영식 기자 (ysyoon@medigatenews.com)
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