수십만 개 이상의 DNA/RNA 분자에 담긴 염기서열을 보다 길게, 높은 정확도로 해독하는 기술

기존 시퀀싱 기술로는 한계가 있었던 염색체 수준의 염기서열 분석을 통해 질환의 원인이 되는 유전자 변이 탐색과 고품질 유전체 지도 작성이 가능

향후 5년 : 모든 주요 분류군에 대한 염색체 수준의 참조 유전체 구축 가능

향후 10년 : 비정상 스플라이싱을 활용한 암세포 등의 표적 치료 기반 확보

1) 유전체 및 전사체를 길게 해독해 내는 분석기술

- 99.9% 정확도로 수십 kb, 99% 정확도로 수 Mb 정보를 해독하는 기술

- 기존 시퀀싱 기술로는 분석이 어려웠던 반복서열 지역, 특히 텔로미어와 센트로미어 지역의 분석이 가능하며, 전사체 수준에서도 스플라이싱 양상 등을 온전하게 해독 가능

2) 염색체 수준의 고품질 유전체 조립 기술

- 현존하는 어떤 기술로도 염색체에 담긴 염기서열 정보를 처음부터 끝까지 한 번에 해독하는 것은 불가능하며, 염색체를 이루는 DNA를 적절한 크기로 잘라 분석 후 조립

- 롱리드 시퀀싱을 활용하면 DNA 조각들 사이에서 겹치는 부분을 손쉽게 찾을 수 있으며, 이를 조립해 유전체 정보를 염색체 수준으로 재구성

- 이렇게 확보한 염색체 수준의 DNA 정보를 비교함으로써 유전체 내에 존재하는 모든 수준의 변이(SNP, SV 등)에 대한 정밀한 검출이 가능하며, DNA 메틸화(methylation)와 같은 후성유전학적 변형도 분석 가능

3) 스플라이싱 수준의 전사체 해독 기술

- 대부분이 수천 염기쌍 수준인 RNA transcript는 한 유전자에서 나왔더라도 스플라이싱에 따라 염기서열이 다른데, 기존 시퀀싱 기법은 transcript의 일부만 해독 가능하여 스플라이싱을 통해 형성된 서로 다른 transcript 구별이 불가

- 차세대 롱리드 시퀀싱 기법은 이를 처음부터 끝까지 해독 가능하여 스플라이싱을 거친 transcript를 온전하게 분석할 수 있으며, 단일세포 수준의 해상도로 이러한 분석이 가능해 조직 내 세포 이질성을 스플라이싱 수준에서 이해 가능

유전체 영역에 대한 분석, 개체 사이에서 나타나는 구조 변이에 대한 검출 수요가 늘고 있으며, 전사체 수준에서도 암노화 조직 등에서 관찰되는 비정상 스플라이싱에 대한 정확한 이해가 요구됨 - 또한 구조 변이 및 DNA의 변형, 또는 스플라이싱 및 RNA의 변형을 동시에 분석하고 이해하려는 움직임이 증가하는 추세

현재 롱리드 시퀀싱에는 Pacific Biosciences(PacBio)와 Oxford Nanopore Technologies(ONT)에서 제공하는 기법이 널리 쓰임 - PacBio는 약 10-20 kb 정도의 DNA에 대한 정보를 99.9% 수준의 높은 정확도로 제공하며, ONT는 최대 1 Mb에 달하는 길이의 DNA 정보를 최대 99%의 정확도로 제공 롱리드 시퀀싱 관련 대규모 연구 사업이 여러 차례 진행 - T2T(telomere-to-telomere) 컨소시엄은 인간 유전체 정보를 염색체 수준으로 빈틈없이 완성하는 것을 목표로 하며 지난 2022년 Science에 연구결과를 발표 - 인간 범 유전체 지도 작성 사업(Human Pangenome Project)은 350명의 유전체 지도를 고품질로 확보하여 인구 집단의 유전 변이를 모두 반영할 수 있는 수준의 참조 유전체 제공을 목표로 함. 이 중 47명에 대한 범 유전체 지도 초안을 2023년 Nature에 공개 - GTEx(Genotype-Tissue Expression)에서는 인체 유래물을 활용하여 인간의 일부 조직에 대한 스플라이싱 다양성 정보를 밝히고자 함. 2022년 Nature에 공개된 결과에서 약 7만 개의 transcript를 확보했음을 밝힘

국내에서는 산발적으로 롱리드 시퀀싱 기반 연구가 진행 중 - 특히 한국인에 대한 유전제 정보가 다양하게 확보되고 있으며, 다양한 동식물에 대한 참조 유전체 제작 연구가 추진 중

해당 기술을 통해 참조 유전체 지도 등 합성생물학을 비롯하여 다양한 바이오 산업이 요구하는 기반 정보 확보 가능노화 또는 암 조직에서 발생하는 비정상적 스플라이싱이나 유전자 조절 양상 추적이 가능해지며, 이러한 데이터는 세포별 신항원을 추적하기 위한 핵심 자료로 신약 개발에 기여 가능

유전체 및 전사체 분석을 통하여 희귀유전질환, 고령화에 따른 노인성 질환 등에 대한 치료 가능성 제고

롱리드 시퀀싱은 실험 당 소요 경비가 높아 대규모 연구 사업 기획을 통한 초기 연구 결과 확보가 필요. 동일한 플랫폼에서 정규화된 데이터를 생산하고 분석하는 것이 중요하며, 출연연구소 중심으로 관련 사업이 기획되고 시작되어야 할 필요다양한 생물의 유전체 지도를 작성하고 활용하기 위해서는 생물 확보가 중요. 생물다양성이 높은 지역과의 국제공동연구를 통해 선제적으로 유전체 지도를 제작할 필요

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