맞춤형 의료 구현을 위한 유전체 정보 분석기반 기술
국제적 수준의 연구와 인력양성으로 글로벌 기술 경쟁력 강화

서울대학교 컴퓨터공학부 생물정보 및 생명정보연구실 김선 교수

「포스트게놈」은 과학사 측면에서 인간의 모든 염기서열을 해독하는 ‘인간 게놈 프로젝트’가 완성된 2003년 이후 시대를 말한다. 지난 2014년 2월 19일 미래창조과학부와 산업통상자원부, 보건복지부, 농림축산식품부, 해양수산부, 농촌진흥청 등 6개 각 부처·청은 ‘포스트게놈 다부처 유전체 사업’ 계획을 발표했다. 향후 2021년까지 8년간 총 5,788억 원이 투자될 이 사업을 바탕으로 정부는 개인별 맞춤의료를 실현하기 위한 질병 진단 및 치료법 개발, 동·식물 및 농업유용 미생물, 해양생물 등 각종 생명체의 유전정보를 활용한 고부가가치 생명자원 개발, 유전체 분석기술 연구기반 확보 및 원천기술 개발, 산업화 촉진을 위한 플랫폼 기술개발 등의 효과를 기대하고 있다.

세계적 수준의 유전체 분석 연구 수행
포스트게놈 다부처 유전체 사업 중 ‘유전체 정보 분석기반 구축 사업’을 수행하고 있는 김선 교수의 연구팀은 세계적 수준의 유전체 분석도구를 상용화할 계획을 추진하고 있다. 이는 세계 유전체 시장의 급속한 팽창을 대비하고, 국내 기술을 전제로 한 41개의 ‘알고리즘’과 ‘파이프라인’을 개발해 국내 연구자와 기업에 이를 제공함으로써 유전체 기반 국가 수준의 산업경쟁력을 끌어 올릴 수 있다. 알고리즘은 방대한 생물정보를 컴퓨터를 이용해 분석하는 일련의 논리적 흐름이고, 파이프라인은 복잡한 생물정보를 여러 단계에 걸쳐 분석하는 방법이다. 현재 서울대학교 김선 교수를 포함해 박근수, 천종식, 백대현, 윤성로 교수와 강재우 교수(고려대), 김재범 교수(건국대), 남진우 교수(한양대) 등 총 8명의 대학교수가 참여하고 있다.  
연구팀은 1~4차년도 1단계 과제를 수행하며 유전체 분석 기반 기술과 웹 및 클라우드를 이용한 ‘멀티 오믹스’ 분석을 수행할 수 있는 기술을 개발하는데 중점을 두고 있다. 오믹스란 생물의 생리현상과 신진대사에 관련된 방대한 정보를 통합적으로 분석해 생명현상을 밝히는 학문을 가리킨다. 연구팀은 이를 통해 분석기법에 대한 표준화를 목표로 하고 있다. 
또한 5~8차년도 2단계 과제를 수행하며 산업체와의 협력을 강화해 1단계 과제로 개발된 웹 및 클라우드 기반의 분석 시스템을 사용자 친화적으로 다듬어 상용화할 예정에 있다. 이에 김선 교수는 “향후 분석 시스템 서비스에 대한 신뢰도와 인지도를 높여 생물학자 및 의학자들과 협력해 나갈 계획을 갖고 있습니다”라고 덧붙였다.

BIT 융합연계교육 시스템 구축
‘BIT’는 BT와 IT가 융합된 차세대 융합분야를 가리킨다. 김선 교수의 연구팀은 유전체 정보 분석기반 사업과 더불어 ‘BIT 융합연계교육 시스템 구축 사업’을 통해 방대한 오믹스 데이터 분석 인재를 양성하는데 박차를 가하고 있다. 생물정보학 교육과정을 통해 양성된 인력은 IT 기반의 생물정보학 교육과정을 개발해 생물학, 의학, 약학, 농학 및 축산 등 관련 분야에서 쏟아지는 대용량 데이터를 활용한 통합연구의 구심점 역할을 하게 될 것으로 기대되고 있다.
연구팀은 1~2차년도 1단계 과제를 수행하며 IT 전문 능력을 갖춘 교수진을 주축으로 세계적 수준의 독자적인 생물정보학 교육 프로그램을 개발했다. 연구뿐 아니라 관련 산업시장을 리드하기 위해 지속적으로 교육과정을 체계화하고 심화하기 위한 것이다.
우선 차세대 데이터마이닝 BIT 교과과정을 개발해 생물정보학 전문 인력개발 교육시스템을 구축하고 있다. 나아가 미국컴퓨터협회(ACM) 및 국제전기전자기술자협회(IEEE) 등 국내·외 BIT 교육·연구팀과 공동 연구개발도 추진할 계획이다. 세계 최고 수준의 인력을 양성하는 것이다.
한편 3~5차년도 2단계 과제를 수행하며 1단계 과제를 통해 개발한 생물정보학 교육 시스템을 산업화에 적극 활용할 계획에 있다. 김선 교수는 “생물정보학 교육시스템이 바이오 및 의약 산업을 선도할 우수한 생물정보학 연구개발 인력의 중심허브로 작용해 다양한 분야에서 고부가가치의 오믹스 데이터를 활용할 수 있게 할 예정입니다”라고 설명했다. 특히 방대한 DNA 및 RNA, 단백질 정보가 생성되는 의학 분야에서 개인별 맞춤의학을 실현하는데 우수한 인재들이 적극적으로 활동할 수 있을 것으로 예상된다.

양대 사업의 의미와 시너지 효과
그동안 김선 교수의 연구팀이 개발한 다양한 서비스들은 서울대학교 생물정보연구소를 통해 상용화 단계에 들어섰다. 국내·외 연구진, 산업 및 의료현장 등에서 김 교수의 연구팀이 개발한 생물정보 알고리즘과 파이프라인 서비스를 활용하고자 연구소의 문을 두드리고 있다. 연구소의 분석서비스를 통해 최고의 인력들이 연구 및 산업현장에서 주어진 오믹스 데이터를 분석하고, 한층 더 높은 수준의 결과를 도출하고 있다. 현재 생물정보연구소에서는 정부와 학계, 병원, 산업현장 등 다양한 단위로 협력해 유방암이나 이종장기이식과 같은 의학연구와 벼의 가뭄저항성 연구, 식물에서의 칼슘신호전달과 같은 연구를 진행하고 있다.
이처럼 유전체 정보 복합분석을 위한 초고성능 핵심기술 개발 및 개방형 플랫폼 구축 과제와 BIT 융합연계교육 시스템 구축 과제는 마치 ‘쌍두마차’와 같다. 유전체정보 분석기반 구축사업을 통해 고도의 생물정보 알고리즘과 파이프라인을 개발한다고 해도, BIT 융합연계교육 시스템을 통해 양성된 고급인력이 없으면 사실상 산업화가 어렵다. 이에 김 교수는 “유전체 시장이 전 세계적으로 발전하고 있는 현 시점에서 우리나라가 뒤처지지 않으려면 두 사업 모두 필수적으로 추진돼야 합니다”라고 강조했다. 김선 교수와 연구팀의 활발한 연구 활동이 맞춤형 의료 구현을 위한 국제적 수준의 유전체 연구로 귀결될 수 있길 기대한다.     

Genome information analysis technique for realizing customized medicine

Strengthening technology competitiveness through global level research and fostering talented people

Sun Kim, the professor of Bio Information Research Institute and Department of Computer Engineering Bio Information at Seoul National University

Post genome is called for the era after 2003 which was the year of decoding human base sequence of 'Human Genome Project' was completed. On 19 February 2014, Ministry of Science, ICT and Future Planning, Ministry of Trade, Industry & Energy, Ministry of Health & Welfare, Ministry of Agriculture, Food & Rural Affairs, Ministry of Oceans and Fisheries, and Rural Development Administration announced 'Post Genome Multi-department Dielectric Project'. $570m will be invested in the project until 2021 to realize customized medicine through developing diagnosis & treatment methods and higher value life resources by using genetic information of plant & animal microorganism and marine organism. They also expect to secure a research foundation for dielectric analysis technique and to develop original technology and platform technology for boosting up its industrialization.