총유전체
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1. 개요
총유전체는 생명체의 전체 DNA 염기 서열을 해독하는 기술을 의미한다. 1970년대와 1980년대에 수동 방식으로 시작하여 1990년대 자동화 기술 발전으로 대규모 유전체 해독이 가능해졌다. 최초로 해독된 전체 유전체는 1976년 박테리오파지 MS2였으며, 1995년에는 세균인 인플루엔자균의 유전체가 해독되었다. 이후 초파리, 애기장대, 인간 유전체 등이 해독되었고, 차세대 염기서열 분석 기술의 발전으로 비용이 감소하고 분석 속도가 빨라졌다.
전체 유전체 시퀀싱은 질병 관련 유전자 변이를 찾는 데 활용되며, 암 진단, 신생아 선별 검사, 돌연변이 빈도 연구 등 다양한 분야에 응용된다. 하지만 유전자 차별, 프라이버시 침해 등 윤리적인 문제도 제기된다. 현재는 다양한 데이터베이스를 통해 전체 유전체 정보를 공유하고 있으며, 유전체 커버리지와 정확도에 따라 초안 염기 서열과 완성된 염기 서열로 구분된다.
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| 총유전체 | |
|---|---|
| 유전체 서열 분석 | |
| 유형 | 유전체학, 분자 생물학 |
| 설명 | 생물체의 거의 전체 DNA 서열을 한 번에 결정 |
| 상세 정보 | |
| 관련 주제 | 유전자 염색체 DNA RNA 생물정보학 |
| 관련 기술 | DNA 마이크로어레이 차세대 염기 서열 분석 유전체 지도 제작 유전자 검사 |
| 응용 분야 | 맞춤 의학 공중 보건 세포 생물학 분자 생물학 진화 생물학 고생물학 농업 |
2. 역사
1970년대와 1980년대에 사용된 DNA 염기 서열 분석 방법은 맥삼-길버트 염기 서열 분석과 생어 염기 서열 분석과 같은 수동 방식이었다. 이러한 기술로 여러 박테리오파지와 동물 바이러스의 전체 유전체가 해독되었지만, 1990년대에 더 빠르고 자동화된 염기 서열 분석 방법으로 전환되면서 더 큰 세균 및 진핵생물 유전체의 염기 서열 분석이 용이해졌다.[9]
총유전체 염기서열 분석 기술은 크게 초기 기술, 현재 기술, 그리고 데이터 분석 기술로 나눌 수 있다.
1976년 박테리오파지 MS2가 전체 유전체가 해독된 최초의 바이러스였다.[10] 1992년에는 효모 염색체 III이 모든 유기체 중 최초로 전체 염기 서열이 해독된 염색체였다.[11] 1995년에는 ''인플루엔자균''(Haemophilus influenzae)이 전체 유전체가 완전히 해독된 최초의 유기체였다.[12] ''H. influenzae''는 1,830,140개의 DNA 염기쌍으로 구성된 유전체를 가지고 있다.[12]
1996년에는 ''사카로마이세스 세레비지에''가 최초의 진핵생물 유전체로 해독되었다. 생물학의 모델 생물체인 ''S. cerevisiae''는 약 1,200만 개의 뉴클레오타이드 쌍으로 구성된 유전체를 가지고 있으며,[16] 전체 유전체가 해독된 최초의 ''단세포'' 진핵생물이었다.
1998년에는 선충류 지렁이인 ''예쁜꼬마선충''(Caenorhabditis elegans)이 전체 유전체가 해독된 최초의 ''다세포'' 진핵생물이자 동물이었다.[17]
1999년에는 인간 염색체 22의 전체 DNA 염기 서열이 발표되었으며, 이는 인간 상염색체 중 두 번째로 짧다.[19] 2000년에는 ''초파리''(Drosophila melanogaster)가 두 번째 동물이자 두 번째 무척추 동물 (최초의 곤충) 유전체로 해독되었다.[20]
같은 해 ''애기장대''(Arabidopsis thaliana)가 최초의 식물 유전체로 완전히 해독되었다.[21]
2001년에는 인간 전체 유전체 염기 서열의 초안이 발표되었다.[22] 2002년에는 실험용 쥐 ''생쥐''(Mus musculus)의 유전체가 완성되었다.[23]
2004년, 인간 게놈 프로젝트는 인간 유전체의 불완전한 버전을 발표했다.[24] 2008년에는 네덜란드 라이덴의 연구팀이 최초의 여성 인간 유전체 (마르졸레인 크릭)의 염기 서열 분석을 보고했다.
현재 수천 개의 유전체가 전체 또는 부분적으로 해독되었다.
3. 기술적 세부 사항
초기에는 맥삼-길버트 염기 서열 분석과 생어 염기 서열 분석과 같은 수동 방식이 사용되었다.[9] 1990년대에 들어서면서 더 빠르고 자동화된 염기 서열 분석 방법이 개발되었고, 애플라이드 바이오시스템스(현재 라이프 테크놀로지스)는 셀레라 지노믹스와 인간 게놈 프로젝트에서 사용된 자동화된 모세관 시퀀서를 제조했다.
현재는 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술이 주로 사용되며, 일루미나 염료 염기서열 분석, 파이로시퀀싱, 단분자 실시간 염기서열 분석(SMRT) 등이 있다. 나노포어 염기서열 분석과 같은 새로운 기술도 등장하여 판독 길이를 늘리고, ''드 노보'' 전장 유전체 염기서열 분석에 기여하고 있다.
일루미나(Illumina), 노움(Knome), 세쿼넘(Sequenom), 454 생명 과학(454 Life Sciences), 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences), 컴플리트 지노믹스(Complete Genomics), 헬리코스 바이오사이언스(Helicos Biosciences), GE 글로벌 리서치(제너럴 일렉트릭), 애피메트릭스(Affymetrix), IBM, 인텔리전트 바이오-시스템즈(Intelligent Bio-Systems), 라이프 테크놀로지스(Life Technologies), 옥스퍼드 나노포어 테크놀로지스(Oxford Nanopore Technologies), 베이징 게놈 연구소(Beijing Genomics Institute) 등 다수의 기업들이 상업적인 전체 유전체 시퀀싱 플랫폼 개발을 위해 경쟁하고 있으며, 벤처 자본가, 헤지 펀드, 투자 은행으로부터 막대한 자금을 지원받고 있다.[1] 2010년대 후반까지 시퀀싱 비용의 상업적 목표는 1,000달러였지만, 현재는 100달러를 목표로 하고 있다.[1]
전체 유전체 시퀀싱 데이터는 방대한 양의 정보를 포함하므로, 효율적인 데이터 저장, 처리 및 분석 기술이 필요하며, 전용 하드웨어를 사용하여 분석 속도를 높이기도 한다.[1]
3. 1. 초기 기술
1970년대와 1980년대에 사용된 DNA 염기 서열 분석 방법은 맥삼-길버트 염기 서열 분석과 생어 염기 서열 분석과 같은 수동 방식이었다.[9] 이러한 기술로 여러 박테리오파지와 동물 바이러스의 전체 유전체가 해독되었지만, 1990년대에 더 빠르고 자동화된 염기 서열 분석 방법으로 전환되면서 더 큰 세균 및 진핵생물 유전체의 염기 서열 분석이 용이해졌다.[9]
애플라이드 바이오시스템스(현재 라이프 테크놀로지스)는 셀레라 지노믹스와 인간 게놈 프로젝트에서 사용된 자동화된 모세관 시퀀서를 제조했다.
3. 2. 현재 기술
현재는 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술이 주로 사용되고 있으며, 일루미나 염료 염기서열 분석, 파이로시퀀싱, 단분자 실시간 염기서열 분석(SMRT) 등이 있다. 나노포어 염기서열 분석과 같은 새로운 기술도 등장하여 판독 길이를 늘리고, ''드 노보'' 전장 유전체 염기서열 분석에 기여하고 있다.
다수의 공공 및 민간 기업들이 연구 및 임상 사용 모두에서 상업적으로 견고한 전체 유전체 시퀀싱 플랫폼을 개발하기 위해 경쟁하고 있다. 여기에는 일루미나(Illumina), 노움(Knome), 세쿼넘(Sequenom), 454 생명 과학(454 Life Sciences), 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences), 컴플리트 지노믹스(Complete Genomics), 헬리코스 바이오사이언스(Helicos Biosciences), GE 글로벌 리서치(제너럴 일렉트릭), 애피메트릭스(Affymetrix), IBM, 인텔리전트 바이오-시스템즈(Intelligent Bio-Systems), 라이프 테크놀로지스(Life Technologies), 옥스퍼드 나노포어 테크놀로지스(Oxford Nanopore Technologies), 베이징 게놈 연구소(Beijing Genomics Institute) 등이 있다. 이들 기업은 벤처 자본가, 헤지 펀드, 투자 은행으로부터 막대한 자금을 지원받고 있다.
2010년대 후반까지 시퀀싱 비용에 대한 상업적 목표로 흔히 언급된 것은 1000USD였지만, 민간 기업들은 새로운 목표인 100달러에 도달하기 위해 노력하고 있다.
3. 3. 분석
전체 유전체 시퀀싱 데이터는 방대한 양의 정보를 포함하므로, 효율적인 데이터 저장, 처리 및 분석 기술이 필요하다. 전용 하드웨어를 사용하여 분석 속도를 높이기도 한다.[1]
일루미나(Illumina), 노움(Knome), 세쿼넘(Sequenom), 454 생명 과학(454 Life Sciences), 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences), 컴플리트 지노믹스(Complete Genomics), 헬리코스 바이오사이언스(Helicos Biosciences), GE 글로벌 리서치(제너럴 일렉트릭), 애피메트릭스(Affymetrix), IBM, 인텔리전트 바이오-시스템즈(Intelligent Bio-Systems), 라이프 테크놀로지스(Life Technologies), 옥스퍼드 나노포어 테크놀로지스(Oxford Nanopore Technologies), 베이징 게놈 연구소(Beijing Genomics Institute) 등 다수의 공공 및 민간 기업들이 연구 및 임상 사용 모두에서 상업적으로 견고한 전체 게놈 시퀀싱 플랫폼을 개발하기 위해 경쟁하고 있다. 이들 기업은 벤처 자본가, 헤지 펀드, 투자 은행으로부터 막대한 자금을 지원받고 있다.[1]
2010년대 후반까지 시퀀싱 비용에 대한 상업적 목표로 흔히 언급된 것은 1,000달러였지만, 민간 기업들은 새로운 목표인 100USD에 도달하기 위해 노력하고 있다.[1]
4. 상업화
2000년대 후반부터 여러 기업들이 전체 유전체 시퀀싱(염기서열 분석) 상용화를 위해 경쟁적으로 뛰어들었으며, 이 과정에서 비용 절감 노력이 활발하게 이루어졌다. 2010년대 후반에는 1,000달러 게놈이 상업적 목표로 제시되었으며, 현재는 100달러 게놈을 목표로 하는 기업도 등장하고 있다.[66]
2009년 6월, 일루미나(Illumina)는 개인 전체 게놈 시퀀싱 서비스를 48000USD에 시작했다.[60][61] 같은 해 8월, 헬리코스 바이오사이언스(Helicos Biosciences)의 설립자 스티븐 퀘이크는 자사의 단일 분자 시퀀서를 사용하여 50000USD 미만으로 자신의 전체 게놈을 시퀀싱했다고 밝혔다.[62] 11월에는 컴플리트 지노믹스(Complete Genomics)가 1700USD에 완전한 인간 게놈을 시퀀싱할 수 있음을 보여주는 논문을 발표했다.[63][64]
2011년 5월, 일루미나는 전체 게놈 시퀀싱 서비스 가격을 5000USD로 낮췄고, 대량 주문 시 4000USD까지 할인했다.[65] 2012년에는 라이프 테크놀로지스, 옥스포드 나노포어 테크놀로지스, 2014년에는 일루미나가 1,000달러 게놈 달성을 주장했다.[67][68][69][70]
2015년 NHGRI는 전체 게놈 시퀀싱 획득 비용을 약 1500USD로 추정했다.[71] 2016년 베리타스 제네틱스는 전체 게놈 시퀀싱과 일부 정보 보고서를 999USD에 판매하기 시작했고,[72] 2019년에는 599USD로 가격을 낮췄다.[73] 2017년 BGI는 600USD에 WGS를 제공하기 시작했다.[74]
하지만 2015년에는 전체 유전자 시퀀싱을 효과적으로 활용하는 데 1000USD보다 훨씬 더 많은 비용이 소요될 수 있다는 지적도 제기되었다.[75]
4. 1. 인센티브
2006년 10월, X Prize 재단은 J. 크레이그 벤터 과학 재단과 협력하여 유전체학 분야의 아콘 X Prize를 제정했다.[54] 이는 10일 이내에 100개의 인간 게놈을 시퀀싱할 수 있는 장치를 제작하고, 시퀀싱된 100만 개의 염기당 1개 이하의 오류를 가지며, 게놈의 98% 이상을 정확하게 커버하고, 게놈당 반복 비용이 1,000달러 이하인 팀에게 1,000만 달러를 수여할 계획이었다.[55] 하지만, 아콘 X Prize는 공식 시작일 전에 2013년에 취소되었다.[56][57]5. 다른 기술과의 비교
총유전체 염기서열 분석은 이전의 유전자형 분석 기술인 DNA 마이크로어레이보다 훨씬 많은 유전체 정보를 제공한다.[78][79][80] DNA 마이크로어레이는 인간의 경우 최대 100만 개의 유전 변이에 대한 유전자형 정보를 제공하지만, 총유전체 염기서열 분석은 인간 유전체의 60억 개 염기, 즉 3,000배 더 많은 데이터를 제공한다. 이러한 이유로 총유전체 염기서열 분석은 DNA 마이크로어레이 시장에 파괴적 혁신으로 평가받고 있다. 두 기술의 정확도와 비용을 비교하면 다음과 같다.[42]
| 구분 | 총유전체 염기서열 분석 | DNA 마이크로어레이 |
|---|---|---|
| 정확도 | 99.999% (반복되지 않는 DNA 영역에서) | 99.98% |
| 소모품 비용 | 60억 염기쌍당 5000USD | 100만 염기쌍당 500USD |
5. 1. DNA 마이크로어레이
총유전체 염기서열 분석은 이전의 유전자형 분석 기술인 DNA 마이크로어레이보다 훨씬 많은 유전체 정보를 제공한다.[78][79][80]DNA 마이크로어레이는 인간의 경우 최대 100만 개의 유전 변이에 대한 유전자형 정보를 제공하지만, 총유전체 염기서열 분석은 인간 유전체의 60억 개 염기, 즉 3,000배 더 많은 데이터를 제공한다. 이러한 이유로 총유전체 염기서열 분석은 DNA 마이크로어레이 시장에 파괴적 혁신으로 평가받고 있다. 두 기술의 정확도는 99.98%에서 99.999% (반복되지 않는 DNA 영역에서)로 비슷하며, 60억 염기쌍당 소모품 비용이 5000USD로 DNA 마이크로어레이(500USD 당 100만 염기쌍)와 비교하여 비용 경쟁력도 갖추고 있다(일부 응용 분야의 경우).[42]
6. 응용 분야
총유전체 염기서열 분석은 다양한 분야에 응용된다.
전장 유전체 연관 연구 (GWAS)전유전체 연관 연구는 질병이나 특정 표현형과 관련된 유전적 변이를 찾기 위해 총유전체 염기서열 분석을 활용한다.[92]
진단2009년 일루미나는 임상용으로 승인된 최초의 전체 유전자 시퀀서를 출시했다.[93] 대학병원 의사들은 기존 방법으로 진단이 어려운 환자들에게 이를 활용하기 시작했다. 예를 들어, 한 아이가 XIAP의 희귀 돌연변이로 인해 겪는 문제를 진단하는 데 전체 유전자 시퀀싱이 사용되기도 했다.[93][97][98]
최근 비용 절감으로 전체 유전자 시퀀싱은 DNA 진단에 현실적으로 응용되고 있다. 3Gb-TEST 컨소시엄은 DNA 진단 혁신을 위해 유럽 연합으로부터 자금을 지원받았다.[99][100] 브리검 여성 병원과 하버드 의과대학의 Genomes2People(G2P)은 임상 치료에 유전자 시퀀싱을 통합하는 연구를 진행 중이다.[102]
2018년 라디 어린이 병원 유전체 의학 연구소는 신속한 전체 유전자 시퀀싱(rWGS)이 급성 질환 영아의 유전 질환 진단, 치료 및 결과 개선에 효과적임을 확인했다. rWGS는 표준 유전자 검사보다 진단 민감도와 임상적 유용성이 높았으며, 입원 비용 절감에도 기여했다.[105] 2018년 연구에 따르면 전체 유전자 시퀀싱 비용은 다양하지만, 환자 그룹에 따라 진단율에 차이가 있었다.[106]
암 연구전장 유전체 시퀀싱 연구는 복잡한 형질과 유전체 내 희귀 변이 간의 연관성을 평가하는 데 사용될 수 있다.[107] SNP 주석은 희귀 기능성 변이의 우선순위를 정하는 데 도움을 주어, 전장 유전체 시퀀싱 연구의 희귀 변이 유전자 연관성 분석 능력을 높인다.[108] 전장 유전체 시퀀싱 데이터 분석을 위한 특수 도구들도 개발되었다.[109] 메타 분석은 대규모 샘플 크기 수집 문제를 해결하고 희귀 변이 발견에 기여한다.
신생아 선별 검사시험관 수정으로 생성된 배아 세포를 분석하는 착상 전 유전자 진단에 단일 세포 게놈 시퀀싱이 활용될 수 있다.[26] 산모의 혈액에서 채취한 무세포 태아 DNA를 이용한 태아 전체 게놈 시퀀싱도 가능하다.[27]
6. 1. 돌연변이 빈도
전체 유전체 시퀀싱을 통해 인간 유전체의 돌연변이 빈도를 연구할 수 있다. 인간의 경우, 세대가 바뀔 때마다(부모에서 자식으로) 전체 유전체에서 약 70개의 새로운 돌연변이가 발생하는 것으로 나타났다.[81][82] 일란성 쌍둥이를 대상으로 한 연구에서는 이보다 훨씬 낮은 수준의 변이가 발견되었는데, 이는 나이가 들면서 체세포에서 발생하는 돌연변이 빈도가 유전적인 돌연변이 빈도보다 낮다는 것을 시사한다.[83]인간 유전체에서 단백질 서열을 바꾸는 돌연변이는 세대당 약 0.35개 정도로, 이는 단백질 하나에 돌연변이가 생길 확률이 1보다 작다는 것을 의미한다.[84]
게놈 불안정성 때문에 암세포에서는 돌연변이 빈도가 훨씬 높게 나타난다. 이 빈도는 나이, DNA 손상 요인 노출, DNA 복구 능력 등 여러 요인에 따라 달라진다.[85] 암의 종류에 따라서도 돌연변이 빈도가 다른데, 생식 세포에서는 메가베이스(Mb)당 약 0.023개의 돌연변이가 발생하는 반면, 유방암에서는 1.18~1.66개, 폐암에서는 17.7개, 흑색종에서는 약 33개로 훨씬 높게 나타난다.[86]
인간 유전체 내에서 체세포 돌연변이의 분포는 균일하지 않다.[88] 유전자가 풍부하고 복제가 빨리 일어나는 영역은 유전자가 적고 늦게 복제되는 이질염색질보다 돌연변이가 적게 발생하는데, 이는 DNA 복구 활성의 차이 때문일 가능성이 높다.[89] 특히, 히스톤 변형 H3K9me3는 높은 돌연변이 빈도와 관련이 있고,[90] H3K36me3는 낮은 돌연변이 빈도와 관련이 있다.[91]
6. 2. 전장 유전체 연관 연구 (GWAS)
연구에서, 총유전체 염기서열 분석은 질병 또는 다른 표현형과 관련된 유전적 변이 또는 변이를 결정하는 것을 목표로 하는 전유전체 연관 연구에 사용될 수 있다.[92]6. 3. 진단
일루미나(Illumina)는 2009년에 연구용이 아닌 임상용으로 승인된 최초의 전체 유전자 시퀀서를 출시했으며, 대학병원의 의사들은 표준 접근법으로는 해결할 수 없는 환자의 문제를 진단하기 위해 이를 사용하기 시작했다.[93] 예를 들어, 한 아이는 세 살이 되기까지 약 100번의 수술을 받아야 했고, 그의 의사는 문제점을 파악하기 위해 전체 유전자 시퀀싱에 의존했다. 12명의 생물정보학 전문가, 3명의 시퀀싱 기술자, 5명의 의사, 2명의 유전 상담사, 2명의 윤리학자를 포함한 약 30명의 팀이 XIAP의 희귀한 돌연변이를 확인했는데, 이는 광범위한 문제를 일으키고 있었다.[93][97][98]최근 비용 절감으로 인해 전체 유전자 시퀀싱은 DNA 진단에서 현실적인 응용 분야가 되었다. 2013년, 3Gb-TEST 컨소시엄은 DNA 진단의 혁신을 위해 보건 의료 시스템을 준비하고자 유럽 연합으로부터 자금을 확보했다.[99][100] 품질 평가 계획, 보건 기술 평가 및 의료 지침이 마련되어야 한다. 3Gb-TEST 컨소시엄은 시퀀스 데이터의 분석 및 해석을 진단 과정에서 가장 복잡한 단계로 확인했다.[101]
브리검 여성 병원과 하버드 의과대학의 이니셔티브인 Genomes2People(G2P)은 2011년에 성인과 어린이의 임상 치료에 유전자 시퀀싱을 통합하는 것을 검토하기 위해 설립되었다.[102]
2018년, 샌디에이고의 라디 어린이 병원 유전체 의학 연구소의 연구원들은 신속한 전체 유전자 시퀀싱(rWGS)이 급성 질환 영아의 유전 질환을 진단하여 의료 또는 수술 관리를 변경하고(임상적 유용성) 결과를 개선할 수 있음을 확인했다. rWGS의 진단 민감도는 43%(42명 중 18명)였고, 표준 유전자 검사에서는 10%(42명 중 4명)였다(P = .0005). rWGS의 임상적 유용성(42명 중 31%, 13명)은 표준 유전자 검사(42명 중 2%, 1명; P = .0015)보다 유의하게 높았다. 진단 rWGS를 받은 11명(26%)의 영아는 이환율을 피했고, 1명은 사망 가능성이 43% 감소했으며, 1명은 완화 치료를 시작했다. 11명의 영아 중 6명에서 관리 변경으로 입원 비용이 80만달러에서 200만달러 감소했다. 이는 급성 질환 입원 영아에서 rWGS의 임상적 유용성에 대한 이전 연구를 재현한 것이며, 개선된 결과, 순 의료 비용 절감, 그리고 이러한 환경에서 1차 검사로 고려해야 함을 입증했다.[105]
2018년 36개의 출판물을 검토한 결과 전체 유전자 시퀀싱 비용은 1906USD에서 24810USD까지 다양하며, 환자 그룹에 따라 17%에서 73%까지 진단 수율이 크게 다르다는 것을 발견했다.[106]
6. 4. 암 연구
전장 유전체 시퀀싱 연구를 통해 복잡한 형질과 전장 유전체 내의 코딩 및 비코딩 희귀 변이(미세한 대립 유전자 빈도 (MAF) < 1%) 간의 연관성을 평가할 수 있다. 단일 변이 분석은 일반적으로 희귀 변이와의 연관성을 식별하는 데 힘이 부족하며, 주어진 여러 희귀 변이 세트의 효과를 함께 검사하기 위해 변이 세트 검사가 제안되었다.[107] SNP 주석은 희귀 기능성 변이의 우선 순위를 정하는 데 도움이 되며, 이러한 주석을 통합하면 전장 유전체 시퀀싱 연구의 희귀 변이 유전자 연관성 분석의 힘을 효과적으로 높일 수 있다.[108] 일부 도구는 유전자형 데이터와 기능적 주석 통합, 연관성 분석, 결과 요약 및 시각화를 포함하여 전장 유전체 시퀀싱 데이터에 대한 올인원 희귀 변이 연관성 분석을 제공하기 위해 특별히 개발되었다.[109]전장 유전체 시퀀싱 연구의 메타 분석은 복잡한 표현형과 관련된 희귀 변이를 발견하기 위한 대규모 샘플 크기를 수집하는 문제에 대한 매력적인 해결책을 제공한다. 요약 통계량 저장을 위한 효율적인 접근 방식을 사용하여 바이오뱅크 규모 코호트에서 기능적으로 정보를 제공하는 희귀 변이 연관성 분석을 가능하게 하기 위해 일부 방법이 개발되었다.
6. 5. 신생아 선별 검사
시험관 수정으로 생성된 배아에서 세포를 채취하여 자궁 이식 전에 분석하는 착상 전 유전자 진단 방법으로 단일 세포 게놈 시퀀싱이 테스트되고 있다.[26] 착상 후에는 산모로부터 간단한 정맥 천자로 무세포 태아 DNA를 채취하여 태아의 전체 게놈 시퀀싱에 사용할 수 있다.[27]7. 윤리적 문제
전체 유전체 서열 분석은 여러 윤리적 문제를 야기할 수 있다. 유전자 검사를 통해 개인과 그 친척 모두에게서 예방 가능한 질병을 진단할 가능성이 있지만, 유전자 차별, 익명성 상실, 친자 불일치 발견과 같은 심리적 영향 등 잠재적 단점도 존재한다.
일부 윤리학자들은 유전자 검사를 받는 개인, 특히 미성년자의 프라이버시 보호를 강조한다. 2009년 일루미나(Illumina)의 CEO 제이 플랫리(Jay Flatley)는 2019년까지 유아의 유전자 지도가 일상화될 것이라고 예측했지만, 이는 증상이 없는 미성년자의 예측 유전자 검사에 대한 기존 윤리 규범에 어긋나 논란이 되고 있다.
개인의 전체 유전체 서열 분석은 가까운 친족의 DNA 서열 정보까지 공개하게 된다. 이는 친족의 건강 위험 예측에 유용할 수 있지만, 가족 구성원에게 어떤 의무가 있는지에 대한 질문을 제기한다. 서양/유럽 사회에서는 유전적 진단을 받은 개인이 가까운 친족과 정보를 공유하도록 권장되지만, 환자가 정보 공유를 거부할 경우, 특히 예방 가능한 질병 위험이 높은 친족에게는 윤리적 딜레마가 발생할 수 있다. 임상의는 환자와 의사 간 기밀 유지와 관련하여 이해 상충에 직면할 수 있다.
과학 연구에 전체 유전체 서열 분석이 사용될 때도 프라이버시 문제가 발생한다. 연구자들은 환자의 유전형 및 표현형 정보를 공개 데이터베이스에 입력하는 경우가 많다. 익명 데이터만 제출되지만, 희귀 질환이나 돌연변이의 경우 친족에 의해 식별될 수 있다. 공공 DNA 족보 웹사이트, DNA 표현형 분석을 이용한 가족 검색 등 법의학 기술 도입에 대한 논의는 제한적이었다. 법의학 유전학과 의학 유전학이 유전체 서열 분석으로 수렴되면서 유전 데이터 관련 문제가 더욱 연결되어 추가적인 법적 보호가 필요할 수 있다.
2013년, 그린(Green)과 연구팀은 신생아 DNA 염기서열 분석의 윤리적, 의학적 결과를 연구하기 위해 베이비시퀀스 프로젝트를 시작했다. 2015년과 2021년에는 신생아 선별 검사 도구로서 전체 유전체 및 엑솜 염기서열 분석에 대한 논의가 이루어졌다. 2021년, 미국 국립 보건원(NIH)은 베이비시퀀스 프로젝트를 확장한 베이비시퀀스2에 자금을 지원하여 다양한 가족 배경을 가진 500명의 유아를 등록하고 유전체 염기서열 분석이 소아 진료에 미치는 영향을 추적했다. 2023년, 의학 저널 란셋(Lancet)은 영국에서 "단기적으로는 표적 유전자 패널 개선에 집중하고, 장기적으로는 전체 유전체 염기서열 분석에 대한 철저한 검토와 주의가 필요하다"라고 논평했다.
8. 공공 인간 유전체 서열
J. 크레이그 벤터와 제임스 D. 왓슨의 유전체가 2007년에 공개된 것을 시작으로, 여러 사람들의 유전체 정보가 공개되었다. 2008년에는 익명의 한족 남성, 요루바 남성, 네덜란드 출신의 여성 임상 유전학자 마르졸레인 크릭의 유전체 염기서열이 분석되었다. 스티브 잡스는 10만 달러를 들여 자신의 전체 유전체 서열을 분석받은 최초 20명 중 한 명이었다. 2013년에는 스페인 가족이 크리에이티브 커먼즈 퍼블릭 도메인 라이선스로 개인 유전체 데이터를 공개했다.
8. 1. 데이터베이스
사이언스에 따르면, 주요 전체 유전체 데이터베이스는 다음과 같다.[141]
9. 유전체 커버리지
유전체 커버리지와 정확도에 따라 전체 유전체 시퀀싱은 초안 염기서열과 완성된 염기서열로 분류할 수 있다.[144] 초안 염기서열은 유전체의 약 90%를 커버하며 정확도는 대략 99.9%이고, 완성된 염기서열은 유전체의 95% 이상을 커버하며 정확도는 대략 99.99%이다. 따라서 진정으로 고품질의 완성된 염기서열을 생산하는 것은 비용이 많이 들기 때문에, 대부분의 인간 "전체 유전체 시퀀싱" 결과는 초안 염기서열이다.[144]
''사이언스''에 따르면, 전체 유전체의 주요 데이터베이스는 다음과 같다:[141]
9. 1. 염기서열 분석된 유전체 목록
1990년대에 더 빠르고 자동화된 염기 서열 분석 방법으로 전환되면서 더 큰 세균 및 진핵생물 유전체의 염기 서열 분석이 용이해졌다.[9]
전체 유전체가 해독된 최초의 바이러스는 1976년에 박테리오파지 MS2였다.[10] 1992년에는 효모 염색체 III이 모든 유기체 중 최초로 전체 염기 서열이 해독된 염색체였다.[11] 1995년에는 인플루엔자균(Haemophilus influenzae)이 전체 유전체가 완전히 해독된 최초의 유기체였다. ''H. influenzae''는 1,830,140개의 DNA 염기쌍으로 구성된 유전체를 가지고 있다.[12]
1996년에는 최초의 진핵생물 유전체 (''사카로마이세스 세레비지에'')가 해독되었다. 생물학의 모델 생물체인 ''S. cerevisiae''는 약 1,200만 개의 뉴클레오타이드 쌍으로 구성된 유전체를 가지고 있으며, 전체 유전체가 해독된 최초의 ''단세포'' 진핵생물이었다.[16] 1998년에는 선충류 지렁이인 ''예쁜꼬마선충''(Caenorhabditis elegans)이 전체 유전체가 해독된 최초의 ''다세포'' 진핵생물이자 동물이었다.[17]
1999년에는 인간 염색체 22의 전체 DNA 염기 서열이 발표되었으며, 이는 인간 상염색체 중 두 번째로 짧다.[19] 2000년에는 ''초파리''(Drosophila melanogaster)가 두 번째 동물이자 두 번째 무척추 동물 (그러나 최초의 곤충) 유전체로 해독되었다.[20] 같은 해, ''애기장대''(Arabidopsis thaliana)가 최초의 식물 유전체로 완전히 해독되었다.[21] 2001년에는 인간 전체 유전체 염기 서열의 초안이 발표되었다.[22] 2002년에는 실험용 쥐 ''생쥐''(Mus musculus)의 유전체가 완성되었다.[23]
2008년, 네덜란드 라이덴의 연구팀은 최초의 여성 인간 유전체 (마르졸레인 크릭)의 염기 서열 분석을 보고했다.
현재 수천 개의 유전체가 전체 또는 부분적으로 해독되었다.
참조
[1]
서적
Molecular biology of the cell
Garland Science
2008
[2]
웹사이트
Definition of whole-genome sequencing – NCI Dictionary of Cancer Terms
https://www.cancer.g[...]
2018-10-13
[3]
논문
Genome sequencing identifies major causes of severe intellectual disability
2014-07
[4]
논문
Genomic catastrophes frequently arise in esophageal adenocarcinoma and drive tumorigenesis
2014-10-29
[5]
논문
Whole-genome sequencing in health care. Recommendations of the European Society of Human Genetics
2013-06
[6]
논문
Progress towards the integration of pharmacogenomics in practice
2014-09
[7]
간행물
Kijk magazine
2009-01-01
[8]
논문
Next-generation sequencing: The genome jigsaw
2013-09-11
[9]
서적
Molecular biology of the cell
Garland Science
2008
[10]
논문
Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene
1976-04-08
[11]
논문
The complete DNA sequence of yeast chromosome III
1992-05
[12]
논문
Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd
1995-07-28
[13]
논문
The C-value paradox, junk DNA and ENCODE
2012-11
[14]
논문
The largest eukaryotic genome of them all?
2010-09-15
[15]
논문
Finishing the euchromatic sequence of the human genome
2004-10-21
[16]
논문
Life with 6000 Genes
https://www.research[...]
1996-10-25
[17]
논문
Genome Sequence of the Nematode C. elegans: A Platform for Investigating Biology
1998-12-11
[18]
서적
Molecular Biology of the Cell
Garland Science
2008
[19]
논문
The DNA sequence of human chromosome 22
1999-12
[20]
논문
The Genome Sequence of Drosophila melanogaster
2000-03-24
[21]
논문
Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana
2000-12-14
[22]
논문
The Sequence of the Human Genome
2001-02-16
[23]
논문
Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome
2002-10-31
[24]
논문
Finishing the euchromatic sequence of the human genome
2004-09-07
[25]
논문
Sequence information can be obtained from single DNA molecules
2003
[26]
간행물
Single-cell Sequencing Makes Strides in the Clinic with Cancer and PGD First Applications
http://www.genomeweb[...]
2013-10-02
[27]
논문
Prenatal whole-genome sequencing--is the quest to know a fetus's future ethical?
2014
[28]
논문
A strategy of DNA sequencing employing computer programs
1979-06
[29]
논문
Closure strategies for random DNA sequencing
1991
[30]
논문
[36]
논문
Nanopore sequencing technology, bioinformatics and applications
2021-11
[37]
웹사이트
New Genetic Technologies Diagnose Critically Ill Infants Within 26 Hours – IEEE Spectrum
https://spectrum.iee[...]
2015-10-14
[38]
웹사이트
Article : Race to Cut Whole Genome Sequencing Costs Genetic Engineering & Biotechnology News — Biotechnology from Bench to Business
http://www.genengnew[...]
Genengnews.com
2009-02-23
[39]
웹사이트
Whole Genome Sequencing Costs Continue to Drop
http://www.eyeondna.[...]
Eyeondna.com
2009-02-23
[40]
뉴스
Genome Sequencing for the Rest of Us
http://www.scientifi[...]
Scientific American
2010-06-28
[41]
웹사이트
Sequenom to Develop Third-Generation Nanopore-Based Single Molecule Sequencing Technology
http://www.freshnews[...]
Freshnews.com
2009-02-24
[42]
웹사이트
Article : Whole Genome Sequencing in 24 Hours Genetic Engineering & Biotechnology News — Biotechnology from Bench to Business
http://www.genengnew[...]
Genengnews.com
2009-02-23
[43]
웹사이트
Pacific Bio lifts the veil on its high-speed genome-sequencing effort
https://venturebeat.[...]
VentureBeat
2008-02-10
[44]
웹사이트
Bio-IT World
http://www.bio-itwor[...]
Bio-IT World
2009-02-23
[45]
웹사이트
With New Machine, Helicos Brings Personal Genome Sequencing A Step Closer
http://www.xconomy.c[...]
Xconomy
2011-01-28
[46]
웹사이트
Whole genome sequencing costs continue to fall: $300 million in 2003, $1 million 2007, $60,000 now, $5000 by year end
http://nextbigfuture[...]
Nextbigfuture.com
2011-01-28
[47]
웹사이트
Han Cao's nanofluidic chip could cut DNA sequencing costs dramatically
http://www.technolog[...]
Technology Review
[48]
웹사이트
BGI Launches Desktop Sequencer in China; Plans to Register Platform With CFDA
https://www.genomewe[...]
GenomeWeb
2018-12-02
[49]
웹사이트
BGI Launches New Desktop Sequencer in China, Registers Larger Version With CFDA
https://www.360dx.co[...]
GenomeWeb
2018-12-02
[50]
웹사이트
BGI Launches New Sequencer as Customers Report Data From Earlier Instruments
https://www.genomewe[...]
GenomeWeb
2018-12-02
[51]
웹사이트
Pacific Biosciences gains $100M for sequencing tech
http://www.fiercebio[...]
FierceBiotech
2009-02-23
[52]
뉴스
Complete Genomics brings radical reduction in cost
http://sanjose.bizjo[...]
2009-02-23
[53]
뉴스
Cheaper DNA sequencing unlocks secrets of rare diseases
https://www.ft.com/c[...]
Financial Times
2018-12-02
[54]
웹사이트
A Few Thoughts on Rapid Genome Sequencing and The Archon Prize — synthesis
http://synthesis.cc/[...]
Synthesis.cc
2009-02-23
[55]
문서
PRIZE Overview: Archon X PRIZE for Genomics
https://web.archive.[...]
[56]
뉴스
Outpaced by Innovation: Canceling an XPRIZE
http://www.huffingto[...]
[57]
웹사이트
X Prize for genomes cancelled before it begins
https://www.newscien[...]
[58]
웹사이트
SOLiD System — a next-gen DNA sequencing platform announced
http://www.gizmag.co[...]
Gizmag.com
2009-02-24
[59]
웹사이트
The $1000 Genome: Coming Soon?
http://www.dddmag.co[...]
Dddmag.com
2011-01-28
[60]
웹사이트
Individual genome sequencing — Illumina, Inc.
http://www.everygeno[...]
Everygenome.com
2011-01-28
[61]
웹사이트
Illumina launches personal genome sequencing service for $48,000 : Genetic Future
http://scienceblogs.[...]
Scienceblogs.com
2011-01-28
[62]
뉴스
Cost of Decoding a Genome Is Lowered
https://www.nytimes.[...]
2010-05-03
[63]
웹사이트
Technology Index
http://abcnews.go.co[...]
2018-04-29
[64]
논문
Human genome sequencing using unchained base reads on self-assembling DNA nanoarrays
[65]
웹사이트
Illumina Announces $5,000 Genome Pricing – Bio-IT World
http://www.bio-itwor[...]
[66]
간행물
NHGRI Awards More than $50M for Low-Cost DNA Sequencing Tech Development
http://www.genomeweb[...]
2009
[67]
웹사이트
Life Technologies Introduces the Benchtop Ion Proton™ Sequencer; Designed to Decode a Human Genome in One Day for $1,000
http://www.lifetechn[...]
2012-08-30
[68]
뉴스
Oxford Nanopore Unveils Tiny DNA Sequencing Device – The New York Times
https://www.nytimes.[...]
2016-11-11
[69]
뉴스
Illumina Sequencer Enables $1,000 Genome
2014-02-15
[70]
논문
Is the $1,000 genome for real?
2014-01-15
[71]
웹사이트
The Cost of Sequencing a Human Genome
https://www.genome.g[...]
[72]
웹사이트
With $999 Whole-Genome Sequencing Service, Veritas Embarks on Goal to Democratize DNA Information
https://www.genomewe[...]
2016-03-06
[73]
웹사이트
23andMe competitor Veritas Genetics slashes price of whole genome sequencing 40% to $600
https://www.cnbc.com[...]
2019-07-01
[74]
뉴스
A Chinese Genome Giant Sets Its Sights on the Ultimate Sequencer
https://www.wired.co[...]
Wired
2017-05-18
[75]
간행물
Is the "$1000 Genome" Really $1000? Understanding the Full Benefits and Costs of Genomic Sequencing
[76]
웹사이트
Blog: True Size of a Human Genome | Veritas Genetics
https://www.veritasg[...]
2017-07-28
[77]
웹사이트
Psst, the human genome was never completely sequenced
https://www.statnews[...]
2017-06-20
[78]
웹사이트
Genomics Core
http://www.gladstone[...]
Gladstone.ucsf.edu
2009-02-23
[79]
간행물
Evaluating the performance of Affymetrix SNP Array 6.0 platform with 400 Japanese individuals
2008
[80]
웹사이트
Illumina, DeCode Build 1M SNP Chip; Q2 Launch to Coincide with Release of Affy's 6.0 SNP Array | BioArray News | Arrays
http://www.genomeweb[...]
GenomeWeb
2007-01-16
[81]
간행물
Analysis of genetic inheritance in a family quartet by whole-genome sequencing
2010-04
[82]
간행물
Estimating the human mutation rate using autozygosity in a founder population
2012-11
[83]
간행물
Aging as accelerated accumulation of somatic variants: whole-genome sequencing of centenarian and middle-aged monozygotic twin pairs
2013-12
[84]
간행물
Rates and fitness consequences of new mutations in humans
2012-02
[85]
간행물
Somatic Mutations in "Benign" Disease
2021-05-27
[86]
간행물
Genomic sequencing in cancer
2013-11
[87]
웹사이트
Sandwalk: How Big Is the Human Genome?
http://sandwalk.blog[...]
2011-03-24
[88]
간행물
The large-scale distribution of somatic mutations in cancer genomes
2012-01
[89]
간행물
Differential DNA mismatch repair underlies mutation rate variation across the human genome
2015-05
[90]
간행물
Chromatin organization is a major influence on regional mutation rates in human cancer cells
2012-08
[91]
간행물
Clustered Mutation Signatures Reveal that Error-Prone DNA Repair Targets Mutations to Active Genes
2017-07
[92]
간행물
Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies new genes influencing agronomic traits in rice.
2016-08
[93]
간행물
US clinics quietly embrace whole-genome sequencing
2010-09-14
[94]
간행물
Clinical assessment incorporating a personal genome.
2010-05-01
[95]
간행물
Molecular Autopsy for Sudden Cardiac Death Using Whole Genome Sequencing
2011-04
[96]
간행물
Phased Whole-Genome Genetic Risk in a Family Quartet Using a Major Allele Reference Sequence
2011-09-15
[97]
웹사이트
One In A Billion: A boy's life, a medical mystery
http://www.jsonline.[...]
[98]
간행물
A timely arrival for genomic medicine
2011-03
[99]
웹사이트
Introducing diagnostic applications of '3Gb-testing' in human genetics
http://cordis.europa[...]
[100]
간행물
Beyond public health genomics: proposals from an international working group
2014-08
[101]
웹사이트
RD-Connect News 18 July 2014
http://rd-connect.eu[...]
[102]
웹사이트
Genomes2People: A Roadmap for Genomic Medicine
http://www.frontline[...]
[103]
웹사이트
The Risk Evaluation and Education for Alzheimer's Disease (REVEAL) Study – HBHE Genetics Research Group
http://hbhegenetics.[...]
[104]
간행물
Risk Evaluation and Education for Alzheimer's Disease (REVEAL) II – Full Text View – ClinicalTrials.gov
https://clinicaltria[...]
2009-07-22
[105]
간행물
Rapid whole-genome sequencing decreases infant morbidity and cost of hospitalization
2018-12
[106]
논문
Are whole Exome and whole Genome Sequencing Approaches Cost-Effective? A Systematic Review of the Literature
2018-05
[107]
논문
Rare-Variant Association Analysis: Study Designs and Statistical Tests
2014-07
[108]
논문
Dynamic incorporation of multiple in silico functional annotations empowers rare variant association analysis of large whole-genome sequencing studies at scale
2020-09
[109]
논문
[141]
뉴스
200,000 whole genomes made available for biomedical studies by U.K. effort
https://www.science.[...]
www.science.org
2021-12-11
[142]
웹사이트
Whole Genome Sequencing data on 200,000 UK Biobank participants available now
https://www.ukbioban[...]
2021-12-11
[143]
간행물
World's biggest set of human genome sequences opens to scientists
https://www.nature.c[...]
2023-11-30
[144]
웹사이트
The Cost of Sequencing a Human Genome
https://www.genome.g[...]
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
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