Gun들지마의 Bioinformatics 생명정보학

Phytochrome은 식물들이 빛을 감지할때 쓰는 색소입니다.
붉은 색의 빛과 적외선을 감지하며, 많은 꽃식물이 밤과 낮의 길이에따라 개화시기를 조절하고 생체시계를 맞추는데 씁니다. 이 광수용체(빛에 민감한 세포 혹은 조직)은 씨의 발아, 묘목의 연장, 잎의 크기 모양 및 수, 엽록소의 합성 등을 조절하는데에도 쓰입니다. 이것은 많은 식물들의 잎에서 발견됩니다.

Phytochrome은 두개의 동일한 체인으로 이루어져 있는데요, 각각의 체인은 PAS domain과 GAF domain을 가지고 있습니다. PAS domain은 신호를 감지하는 역할이고, GAF domain은 cGMP가 결합하는 역할과 빛의 감지 역할을 가지고 있습니다. 이 두 domain이 합쳐져서 붉은 빛과 적외선의 변화에 따른 식물의 생체 변화를 관장합니다. 붉은 빛은 phytochrom을 활성화 시키고, 적외선은 비활성화 시키죠.

본문 및 사진 출처: 위키피디아

3D Cell Culture: 분자 생물학을 연구를 할때 많이 쓰는 시스템이 in vitro 시스템입니다. in vitro는 살아있는 생물의 몸안에서 실험하는 in vivo와 다르게 세포를 따로 추출하여서 시험관 안이나 페트리 접시 안에서 반응을 보는 거죠.

이런 납작한 접시안에 세포가 자라는데 필요한 양분을 넣고 반응을 보는거죠.
(사진출처: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Szalka_petriego.jpg )

하지만 이렇게 납작한 접시는 아무래도 이차원적이라서 세포들이 유기적이고 삼차원적으로 관계를 맺는 in vivo 시스템과 많이 다르겠죠?

그래서 나온게 3D cell cuture입니다.

현재 시판중인 3D Cell Culture Petri Dish의 모델입니다.
(사진출처: http://www.microtissues.com/ )

이렇게 3D cell cuture system을 이용하면 좀더 in vivo의 환경과 가까워지겠지만, 이러한 방법에도 diffusion이라든지 문제가 있긴 있다고 하네요.

그럼 3D cell cuture가 왜 필요한지 잘 설명해주는 동영상 하나 올립니다.

Aldefluor assay: 보통 세포내에서의 특정한 성분이나 특히 단백질을 분리, 정제하는 데에서는 항체와 항원간의 반응을 이용한 immunological 방법을 많이 쓰는데요.
이 Aldeflour Assay는 이러한 항체-항원 반응이 아닌 다른 방법으로 특정 세포를 감지해냅니다.
Aldeflour assay는 줄기 세포나 암세포의 원종 세포를 발견해내는데에 쓰입니다. 줄기 세포나 암세포의 원종 세포는 Aldehyde dehydrogenase (ALDH)의 활동량이 많아지는게 특징입니다. 그걸 이용해서 BAAA라는 ALDH의 재료가 되는 물질을 세포안으로 주입시킵니다.
이 BAAA는 세포안에서 ALDH와 만나 BAA-로 바뀌게 되고 이 BAA-에는 GFP라는 특정한 빛을 발하는 물질이 있어서 빛을 발하게 되죠.
그러므로 ALDH가 많을 수록 BAAA 가 BAA-로 바뀌고 그결과 빛의 양이 많아지게 됩니다.
이런 반응을 일어나게하는 패킷을 STEMCELL Technology에서 개발해서 판매하고 있습니다.

출처: http://www.stemcell.com/en/Products/Popular-Product-Lines/ALDEFLUOR.aspx

한국에 계시는 분들에게 제가 Bioinformatics를 전공한다고 하니, 많은 분들이 생소해 하시더군요.
그게 뭐야? 하시길래 아, 한국말로 생명정보학이에요 라고 했더니, 다시찾아보니 한국에서는 생물정보학이라는 단어를 쓰더군요.

그래도 그게 뭐야 하시는 분들에게는 Biology + Computer Programming입니다 라고 대답해드린답니다.
말그대로, 컴퓨터 프로그래밍을 해서 생물학에서 나온 정보를 처리하거나 분석하는 학문입니다.

컴퓨터 프로그래밍에대한 지식 뿐만 아니라 미생물학이나 분자생물학에대한 배경지식이 있으신 분들이 많이들 하시죠.
이 분야 자체가 최근에 나온 분야라 미국 사람들도 모르는 사람들이 많고, 각 학교에서도 프로그램이 많이 정립되지 않은 학교가 많은데요.
저는 다행히도 학부과정에 Bioinformatics가 있는 몇안되는 학교를 나와서 지금은 더 공부를 하고 있답니다.

컴퓨터가 발달하고 생명공학이 더 발달함에따라 종전에 없던 수많은 정보들이 나오게 되었습니다.
한 예로 인간 게놈 프로젝트 아시죠? 인간의 DNA 유전자 지도를 만들고 그걸 지도화하는 프로젝트인데, 예전에는 이 sequencing이 비용도 어마어마하고 아주 오래걸리는 일이었지만, 새로운 과학기술의 발달로 요즘은 갈수록 비용도 저렴해지고 하루 반나절만에 결과가 나온답니다.

그림: DNA를 1Mbp 시퀀싱하는데 드는 비용입니다.
출처: Wetterstrand KA. DNA Sequencing Costs: Data from the NHGRI Large-Scale Genome Sequencing Program Available at: www.genome.gov/sequencingcosts. Accessed Feb. 16th, 2012

위에 보시다시피 가격도 아주 저렴해져서 이제는 사설 업체에서 200불이면 자기 DNA유전자 지도를 만들어 준다고도 하네요.

이렇게 저렴하고 빨라진 기술때문에 생물학계는 전에없는 자료들의 양으로 넘치게 되는데요.
이런 자료만 있으면 뭐합니까? 이 자료들을 정리하고 이용해먹는 사람이 필요하겠죠?
이때 저희 Bioinformatician들이 들어오는거죠.
이런 방대한 양의 자료들을 분석하는 소프트웨어들을 만들고 데이터베이스화하는데 필수적인 역할을 한답니다.

저희 분야에서 가장 기본적으로 쓰이는 프로그래밍 언어는 Perl입니다. 배우기 쉽고, 생물학쪽의 라이브러리가 잘 되어있으며 텍스트를 다루는데 효과적인 언어이지요.

그리고 C혹은 C++도 많이 쓰는데, 아마 그 이유는 컴퓨터프로그래밍에서 이쪽으로 들어오신 선구자 분들이 가장 자주 다루는 언어여서가 아닐까 하네요.

간혹 자바나 파이썬 같은 언어를 쓰시는 분들도 있고, 자료구조등을 잘 다루기 위해서 직접 Darwin같은 언어를 개발해서 쓰기도 한답니다.

한국에서보면 컴퓨터 프로그래머들은 포화상태라고 볼 수 있는데요. 하지만 이 생명정보학 쪽은 아직까지 한국에서 생소한 분야라 앞으로 전망이 있을 것....같네요...(개인적인 바램이기도 하구요 ㅋ)

뭐 여기 미국도 상황은 비슷합니다. 닷컴 버블이 빠지고 예전에는 졸업만 하면 마이크로 소프트 같은데서 연봉 1억씩주고 모셔갔는데 이제는 워낙 뛰어나지 않으면 컴퓨터 프로그래머로 좋은 직장을 구하기가 예전 같지 않죠.
하지만 Bioinformatician들은 아직까지 많이 활성화가 되어있지않은 반면에 그들이 가진 기술을 요구하는곳은 많이 있는편이라 보통 교수보다 연봉이 쎈 경우도 있더군요.

만약에 컴퓨터 프로그래밍에 관심이 있으시거나 생명공학쪽에 관심이 있으신 분들은 이런 전공도 있구나 하고 알아보시는것도 괜찮을것 같네요.

그리고 혹시 궁금한점 있으시면 남겨주시면 제가 성심성의껏 답해드리도록 하겠습니다.