[해외파견기관소개] 하버드 의과대학 Peter J. Park 교수 연구실 (인체 장기 특이적 유전체 변이 분석)
뉴스 · 2026-07-03 · 조회 40
◆ 파견 기관: Harvard Medical School, Department of Biomedical Informatics (Peter J. Park 교수 연구실), Boston, MA, USA
◆ 파견 연구원: 하유진 조교수 (한양대학교 생명과학과)
◆ 교류 연구단: 다중 플랫폼 기반 유전 변이 탐지 파이프라인 개발 (선도연구자: 하유진)
◆ 연구 주제: 인체 장기에서의 다중 플랫폼 유전체 데이터 기반 희귀 유전 변이 검출 및 정밀의료 적용기반 마련
해외 파견 기관
미국 매사추세츠주 보스톤 하버드 의과대학 생의학정보학과(DBMI)
하버드 의과대학(Harvard Medical School)은 세계적인 의학·생명과학 연구의 중심지로, 그중 Department of Biomedical Informatics (DBMI)는 대규모 생물학적 데이터를 계산·통계적으로 분석하여 질병의 기전을 규명하는 데 특화된 학과입니다. 본 학과는 유전체·후성유전체 빅데이터를 기반으로 정밀의료와 질병 연구를 선도하고 있습니다.
제가 파견된 Peter J. Park 교수님 연구실은 계산유전체학(computational genomics) 분야의 세계적 선도 그룹입니다. Park 교수님은 하버드 의과대학 생의학정보학과 교수이자 Bioinformatics and Integrative Genomics 박사과정 디렉터로, 대규모 DNA 시퀀싱 데이터로부터 비암호화 영역 변이와 체성 모자이크 변이(somatic mosaic mutation)가 암 및 신경퇴행성 질환에 기여하는 방식을 규명하는 연구를 수행하고 있습니다.
연구팀은 전장유전체 데이터에서 복제수 변이, 복합 구조 변이, 레트로트랜스포존 삽입, 미세부수체 불안정성 등 다양한 체성 변이를 검출하는 알고리즘을 개발해 왔으며, The Cancer Genome Atlas(TCGA), ENCODE, Brain Somatic Mosaicism Network, 4D Nucleome, 그리고 인체 조직 전반의 체성 모자이크 변이를 규명하는 Somatic Mosaicism across Human Tissues(SMaHT) 등 주요 국제 컨소시엄에 핵심적으로 기여하고 있습니다. 이러한 전문성과 데이터 인프라는 저의 희귀 체성 돌연변이 검출 연구와 직접적으로 맞닿아 있어, 공동연구를 수행하기에 최적의 환경이었습니다.
파견 연구의 배경 및 주요 내용
이번 파견 연구는 인체 장기에서 다중 플랫폼 유전체 데이터를 활용하여 기존 기술의 한계를 극복하고, 장기 특이적 희귀 유전 변이를 정확히 검출하는 방법론을 개발하는 데 목표를 두었습니다. 나아가 장기별 변이 지도를 구축하여 정밀의료 적용기반을 마련하고자 하였습니다.
① 다중 플랫폼 기반 유전 변이 탐지 파이프라인 개발
• Park 교수팀이 보유한 뇌(2례), 폐(2례), 간(1례), 대장(1례) 등 다기관 멀티 플랫폼 유전체 데이터를 활용하여, 전장유전체에서 검출이 어려운 희귀 돌연변이의 정확한 탐지법을 개발하였습니다.
• 조직 내 변이 비율이 10% 미만(약 20세포 중 1세포 수준)인 희귀 변이 탐색에서 Illumina short-read 데이터는 위양성이 많아 검증률이 약 10%에 그치는 한계가 있습니다.
• 이를 극복하기 위해 PacBio(평균 1,500bp)와 Oxford Nanopore(평균 50,000bp) long-read 데이터를 활용하여 정렬 오류, 생식세포 변이, 무작위 오류 등을 제거하고 고정밀 변이 탐지 파이프라인을 개발 중입니다.
• 특히 희귀 변이 인근의 생식세포 변이를 활용한 haplotype phasing 기법으로 위양성 변이를 제거하였으며, 다중 플랫폼 기반의 상호보완적 검증을 통해 높은 정확도의 탐지법을 확립할 수 있었습니다.
② 변이 탐지가 어려운 유전체 영역으로의 탐색 확대
• 현재 유전변이 탐색은 전체 유전체의 약 70%인 '분석 용이 지역'에 국한되어 있으며, 기능적으로 중요한 변이가 존재할 수 있는 난이도 높은 영역은 연구가 미진한 상황입니다.
• long-read 시퀀싱은 정렬 오류 문제를 근본적으로 개선할 수 있으나, 희귀 변이 탐지를 위해서는 최소 100× 이상의 고심도 데이터가 필요합니다. 본 연구는 공동연구팀이 이미 보유한 대규모 고품질 데이터를 활용하여 탐지 가능 영역을 확대하고 정밀의료 기반 유전체 연구를 심화하였습니다.
③ 장기 특이적 희귀 유전 변이 지도화
• 고정밀 탐지 파이프라인을 기반으로 장기 특이적 희귀 변이를 신뢰도 높게 검출하고, 이를 체계적으로 지도화하기 위해 노력하고 있습니다.
• 장기별 변이 지도를 통해 돌연변이 스펙트럼을 규명하고, 향후 동일 장기 질환 연구 및 질병 관련 변이 탐색의 기준 자료로 활용할 수 있는 토대를 마련하였습니다.
공동연구의 의의
본 연구는 미국 Harvard Medical School과 공동으로 수행되었으며, 양 연구단 모두 희귀 체성 돌연변이 검출 분야에서 축적된 전문성을 보유하고 있습니다. 선도연구자인 저는 6년 이상 희귀 돌연변이 검출 연구에 매진하며 관련 방법론을 국제 가이드라인으로 발표한 바 있고(Ha et al., Nature Methods 2023; Ha et al., Scientific Data 2022), 세계 최대 규모의 희귀 모자이크변이 연구 컨소시엄인 Somatic Mosaicism across Human Tissues(SMaHT)에 2023년부터 참여하며 국제 협력 경험을 쌓아 왔습니다.
Park 교수 연구팀은 희귀 변이 검출 분야의 세계적 선도 그룹으로 다수의 전문 연구인력을 보유하고 있습니다. 기존 전장유전체 연구가 30× 수준의 데이터에 머물렀던 것과 달리, 이 팀은 long-read 시퀀싱을 포함하여 평균 300× 이상의 초고심도 데이터를 구축하고 있으며, 이는 시료 1례당 상당한 규모에 해당하는 고품질 데이터입니다. 이러한 세계 최고 수준의 데이터와 선도연구자의 경험을 결합함으로써, 디지털 헬스·유전체 데이터 분석이라는 첨단바이오 핵심 영역에서 인체 장기별 희귀 돌연변이 검출에 대한 핵심 전문성을 확보하고 정밀의료 기반 기술의 국제 경쟁력을 강화하고자 하였습니다.
해외 파견 기관에서의 연구생활
저는 교류연구자로 참여하면서 다양한 학술 활동과 연구 교류를 통해 전문성을 넓힐 수 있었습니다.
• 정기 연구 세미나에서는 연구팀 구성원들이 각자의 연구 주제를 발표하고 자유롭게 토론을 이어갑니다. 이 과정을 통해 계산유전체학 분야의 다양한 접근 방식과 관점을 접할 수 있었으며, 영어로 된 학술적 의사소통 능력도 향상되었습니다.
• Park 교수님과의 정기 미팅을 통해 데이터 분석 설계와 결과 해석에 대해 심도 있는 논의를 지속적으로 진행하였습니다. 꾸준한 피드백은 연구 방향을 구체화하고 발전시키는 데 큰 도움이 되었습니다.
• DBMI 학과 차원에서 개최되는 세미나와 워크숍에 참여하며 최신 연구 동향을 빠르게 파악하고, 논문을 비판적으로 해석하고 토론하는 능력을 키울 수 있었습니다.
KOBRA 프로그램을 마치며
이번 KOBRA 파견 프로그램은 학문적 식견을 넓히는 데 그치지 않고, 연구자로서의 시야를 한층 확장시키는 값진 경험이 되었습니다. 세계 최고 수준의 데이터 인프라와 연구 환경 속에서 진행한 공동연구는 큰 자극이자 동기부여가 되었고, 향후 인체 장기별 희귀 변이 연구와 정밀의료 기반 기술 개발을 이어 나가는 든든한 토대가 되었습니다.