체학응용분야를위한미세유체
체학이란무엇입니까?
체학(Omics)은 세포, 조직 또는 유기체 내의 생물학적 거대분자의 포괄적인 분석에 초점을 맞춘 학문을 의미합니다. 이러한 분야는 생물학적 시스템을 종합적으로 이해하기 위해 일반적으로 분자 수준에서 다양한 생물학적 구성 요소를 대규모로 분석하는 작업을 포함합니다. 이러한 포괄적인 분석을 위해서는 생물학적 실험과 생물정보학 접근법을 통한 데이터 분석을 위한 특정 도구를 사용해야 합니다.
다음은 몇 가지 주요 체학 분야입니다.
- 유전체학: 유기체의 전체 DNA(게놈)를 연구하여 그 구조, 기능, 변이, 유전자 간의 상호작용을 이해합니다.
- 전사체학: 세포 내의 RNA 분자의 종류, 양, 유전자 발현 패턴의 변화 등을 조사합니다.
- 단백질체학: 세포 내의 전체 단백질 집합을 연구하여 기능, 구조, 변형, 상호 작용, 풍부함을 조사합니다.
- 대사체학: 세포 대사에 관여하는 저분자 또는 대사산물의 전체 집합을 분석하여 대사 경로와 생리적 변화에 대한 인사이트를 제공합니다.
- 후성유전체학: DNA 메틸화 및 히스톤 변형과 같이 DNA 서열 외부의 요인으로 인한 유전자 발현의 변형과 변화를 탐구합니다.
- 메타게놈학: 환경 샘플에서 직접 채취한 유전 물질에 초점을 맞춰 미생물 군집과 그 유전적 다양성에 대한 인사이트를 제공합니다.
그림 1: “체학 혁명” – 시스템 과학의 발전과 인간 질병 진단 및 치료를 위해 유전체학, 전사체학, 단백질체학, 대사체학, 플럭소믹스를 결합한 통합적인 “체학” 접근법(1).
체학 분석 방법은 생명과학 분야의 연구를 근본적으로 변화시키고 있습니다. 세포 집단 내의 평균 상태를 평가하는 것이 아니라 개별 세포의 게놈, 전사체 또는 단백질체를 평가할 수 있는 능력은 암 생물학, 신경과학, 신경 줄기세포 치료제 등 다양한 분야에서 중요한 도약을 의미합니다.
체학분야에서사용되는주요기법
이러한 체학 분야에서는 대규모 데이터 세트를 생성하기 위해 첨단 기법과 처리량이 많은 기법을 사용합니다. 연구자들은 이러한 데이터 세트를 통합하고 분석함으로써 복잡한 생물학적 과정과 질병 메커니즘을 이해하고, 바이오마커를 식별하며, 개인 맞춤형 의약품과 표적 치료법을 개발하는 길을 열 수 있습니다.
체학 기법은 널리 사용되고 있으며, 탐구하는 특정 체학 분야에 따라 다릅니다.
- PCR(중합효소연쇄반응): 유전체학에서 특정 DNA 서열을 증폭시켜 분석 및 식별을 가능하게 하는 기법입니다.
- 차세대염기서열분석(NGS): 유전체학 및 전사체학에서 DNA와 RNA의 염기서열을 분석하여 유전체, 유전자 발현, 돌연변이, 변이를 대규모로 분석할 수 있도록 하는 데 사용됩니다.
- 질량분석법(MS): 단백질체학 및 대사체학에서 시료 내의 단백질 또는 대사산물을 식별하고 정량화하여 구조, 변형, 상호 작용, 농도에 대한 인사이트를 제공하는 데 사용됩니다.
- 영상촬영기법: 형광 현미경, 전자 현미경, 영상 질량 분석법 등 세포나 조직 내의 분자 구조나 분포를 시각화하기 위해 다양한 분야에 적용됩니다.
- 마이크로어레이: 유전체학 및 전사체학에서 수천 개의 유전자 또는 RNA의 발현 수준을 동시에 분석하는 데 사용되며, 높은 처리량의 스크리닝과 유전자 발현 패턴의 비교를 가능하게 합니다.
- 크로마토그래피: 대사체학에서 대사체의 복잡한 혼합물을 화학적 특성에 따라 분리하고 분석하여 식별 및 정량화를 지원하는 데 사용됩니다.
- 생물정보학도구: 체학 기법으로 생성된 방대한 양의 데이터를 처리, 분석, 해석하는 데 필수적인 도구로 계산 분석, 통계 모델링, 데이터 통합이 포함됩니다.
그림 2: 미세소관 관련 단백질 2(녹색)와 핵(파란색)을 염색한 신경 세포의 면역 형광. 영상은 10배율의 Nikon 공초점 현미경으로 획득했습니다.
특히 이러한 기법은 지속적으로 진화하고 첨단 기법과 결합하여 생물학적 시스템을 포괄적으로 이해하고 생명과학 분야의 혁신을 주도하는 데 기여하고 있습니다.
정밀한유체처리및체학분야에대한 Fluigent의기여
체학 분야의 혁명은 일반적으로 세포를 액적, 마이크로채널 또는 마이크로웰로 분리한 후 원하는 체학 분석을 수행하는 미세유체 기반 기법에 크게 기인합니다.
정밀한 유체 처리는 DNA, RNA, 단백질, 대사 산물과 관련된 다양한 분석 프로세스의 기본입니다. 이는 시료의 정확한 피펫팅, 희석, 혼합이 필요한 시료 준비와 같은 단계에서 매우 중요합니다. 자동화와 정밀한 유체 처리를 결합하면 유전체학, 전사체학, 단백질체학에 사용되는 고처리량 스크리닝이 용이해져 대량의 시료를 효율적으로 처리할 수 있습니다.
전반적으로 시료 준비, 분리, 분석에서 정확성과 재현성을 보장하는 것은 신뢰할 수 있는 데이터를 생성하는 데 매우 중요하며 분자 수준에서 생물학적 시스템을 이해하는 데 크게 기여합니다.
Fluigent에서는 특히 체학 기술이라는 역동적인 분야에서 이 분야를 발전시키기 위한 다양한 제품을 제공함으로써 과학의 지평을 넓힌다는 핵심 사명을 추구하고 있습니다.
References
- Nielsen J, Oliver S. The next wave in metabolome analysis. Trends Biotechnol. 2005;23:544-6. Medline:16154652 doi:10.1016/j. tibtech.2005.08.005