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데이터 표준화에 기반한 오믹스 연구용 질환패널 자원확보 (1차년도)
  • 작성일2015-12-03
  • 최종수정일2015-12-03
  • 담당부서생물자원은행과
  • 연락처043-719-6550
  • 1,453
데이터 표준화에 기반한 오믹스 연구용 질환패널 자원확보 (1차년도)

질병관리본부 국립보건연구원 유전체센터 생물자원은행과
왕진숙, 조상연, 박혜경*

* 교신저자(Correspondence) : hpark@cdc.go.kr/ 043-719-6550


Abstract

Collecting Biospecimen Panels with Standardized Formats for Omics Researches (1st Year)

Division of Biobank for Health Science, Center for Genome Science, KNIH, KCDC
Jin-sook Wang, Sang-yun Cho, Hyekyung Park
Background
The increasing demand to utilize omics data in global health research and technology tends to require largescale omics-related biospecimens. We selected target diseases optimized for future omics studies and secured standardized resources.
Result
Inter-agency networks were constructed to collect bioresources and produce omics data. Furthermore, Standard Operating Procedures (SOPs) to collect biological samples and omics data were established along with the Common Data Element (CDE) to secure standard clinical and epidemiological data. By these standardized system, biospecimens, clinical and omics data have been collected, which were eventually deposited at the National Biobank of Korea.
Conclusion
This omics-oriented resource will be provided to researchers, and will also promote biomedical and public health researches. We consider this role as one of major functions of the National Biobank of Korea.


Ⅰ. 들어가는 말


  최근엔 대규모 유전체자원 분석기술의 급속한 발전에 따라 오믹스(Omics) 관련 연구가 보건의료 연구분야에서 확대되고 있으며, 이에 따라 오믹스 연구용 자원·정보 확보에 대한 요구가 증가되고 있는 추세이다. 그러나 현실적으로 오믹스를 활용한 연구에서 적절한 신뢰도를 확보하기 위해 필요한 표준화된 자원의 수(Quantity)와 질(Quality)이 확인된 자원의 수는 매우 부족한 상황이다. 향후 오믹스 연구결과를 바탕으로 한 정밀의료(Precision medicine)의 실현 등 미래 보건의료연구 및 산업발전에 있어서 오믹스연구용 인체자원 확보는 매우 중요한 요소가 될 것이다. 현재 개별 연구자가 연구를 위해 산발적으로 수집하는 인체자원은 표준 혹은 공통 프로토콜을 적용하지 않은 경우가 많으며, 수집되는 관련 정보도 동일한 용어와 기준을 적용하지 못해서 자원의 사용이 해당 연구과제에만 국한되어 활용되는 경우가 대부분이다. 또한 다양한 질환에 따라 달리 적용되는 연구 내용과 방법은 연구에 필요한 자원과 정보의 종류가 다양해지는 현상으로 나타나며, 각 질환 연구에 최적화된 자원과 정보의 수집툴(수단, 방법) 개발에 많은 시간과 비용이 소요되게 된다.

연구 활용가치가 높은 인체자원을 확보하기 위해서는 자원과 연계된 표준화된 임상·역학 정보의 수집이 필요하며, 확보된 자원과 정보의 체계적인 관리도 매우 중요하다. 이를 위하여 미국국립보건원(National Institutes of Health, NIH)에서는 NIH로부터 연구비를 지원받아 다기관 네트워크를 구축하여 질환연구를 수행하는 그룹들이, 전자 의무기록(Electronic health records)기반의 결과를 서로 비교하거나 자료를 통합하면서 산출된 데이터의 질(Data quality)을 향상시키기 위한 지원방안으로 2006년부터 ‘표준 임상정보 수집체계 (Common Data Element, CDE)’를 마련하여 이를 사용하도록 지원하여 왔다[1](Figure 1). 이러한 결과 NIH 산하의 미국국립신경질환뇌졸증연구소(National Iinstitute of Neurological Disorder and Stroke, NINDS)에서는 CDE Project 팀을 운영하여 20여 종의 뇌신경질환에 대한 CDEs를 마련하였고 이를 기반으로 질환 연구를 주도적으로 이끌고 있다[2-4]. 또한 GRDR program (NIH/NCATS Global Rare Diseases Patient Registry Data Repository)을 통하여 희귀질환자 임상자료 수집을 위한 75종의 CDEs를 마련하여 한 곳의 프로그램 안에서 희귀질환연구단 자료를 관리하고 있다[5, 6]. 그 외 천식, 종양마커연구, 안과질환, 대규모유전체연구 등에 대한 분야에서도 CDEs가 개발되어 운영 중이다.

그에 따라, 생물자원은행과에서 『포스트게놈다부처유전체 사업』의 일환으로써 ‘데이터 표준화에 기반한 오믹스 연구용 질환패널 자원확보’ 사업을 수행함으로써, 연구자들이 질환 자원관련 정보수집 tool을 개발하는데 필요한 비용을 절감시키고, 많은 연구자가 정보를 공유하여 이용하고, 메타분석(meta analysis)과 같이 타 연구들 간의 결과 비교가 과학적으로 가능하도록 표준화된 자원과 정보수집 체계를 마련하고자 하였다. 이를 위하여 질환별로 연구의 내용과 방법에 따라 요구되는 다양한 인체자원 및 정보(임상/역학/오믹스)와 사용되는 용어 등에 대하여 표준화를 적용하여 수집되는 자원의 부가가치를 증가시켜 활용도를 극대화하고자 하였다.

Ⅱ. 몸 말


  본 사업에서는 국내외 보건의료분야 연구 및 기술개발의 동향 분석을 통해 인체자원과 오믹스 정보 활용이 필요한 질환 및 연구 분야를 발굴하고, 해당 분야의 미래 보건의료 연구를 위한 표준화된 공공자원 확보를 목표로 제시하였다. 자원확보 대상 질환으로는 심혈관계, 내분비계, 뇌신경계, 정신질환, 피부질환 및 호흡기계를 선정하였으며, 제시된 질환군 중 해당 질환으로 인해 사회적·경제적 제약이 많고, 임상적으로 연구개발의 필요성이 높으며, 확보된 인체자원과 오믹스 데이터(data)가 해당 질환에 대해 미래 보건의료 연구의 경쟁력을 강화할 수 있는 것으로 선정하고자 하였다. 총 11개 과제가 공모를 통해 제시되었고, 임상적 활용 가능성이 높은 질환 중 다양한 오믹스 데이터의 도출과 체계적인 연구 추진방향을 구체적으로 발굴 및 제시한 난치천식, 2형 당뇨, 가와사끼 질환 등 3개 질환 연구팀이 선정되었다.

각 질환별로 대상자원을 체계적으로 수집·확보하고, 적절한 오믹스 분석을 수행하기 위해 기관 간 컨소시움(네트워크)이 구축·운영되고 있으며, 컨소시움 참여 기관은 해당 질환에 대한 전문성을 확보하고 해당 질환자의 진단·치료를 직접 수행하고 있는 기관 및 오믹스 분석기관으로 구성되었다.

수행에 필요한 질환별 특화자원 종류, 임상정보, 생산될 오믹스 정보의 종류와 수량 등을 선정하는 과정은 다음과 같이 진행하였다. 먼저, 표준화된 자원 확보를 위해 질환에 따라 수집되는 자원수집 표준화작업절차(Standard Operating Procedures, SOP)를 정립하였다. 필수 수집자원(혈장, 혈청, DNA)에 대한 SOP 작성은 『국립중앙인체자원은행 기탁·위탁 지침』을 기반으로 하였고[7], 그 외 PBMC, 소변, 객담, cell 자원 등 해당 질환의 연구에 필요하다고 판단되는 특화 자원(Figure 3)에 대한 SOP 역시 해당 사업을 통해 작성되었다. 그리고 확보된 자원 및 정보에 대한 QC/QA(Quality Control/Quality Assurance)를 위한 parameter(변수, 조건 등) 제시 및 검증방법 등도 포함되었다.

다음으로, 오믹스 정보수집 계획 및 QC(Quality Control) 방법 정립은 해당 분야의 전문가가 참여한 전문위원회 등을 통해 구체적으로 작성하였으며, 관련 오믹스 정보로는 유전체학 (Genomics), 전사체학(Tranomics), 대사체학 (Metabolomics) 등을 포함하였다. 오믹스 정보생산을 위한 구체적인 프로토콜(Protocol)에 대한 SOPs 또한 마련되었으며, 생산되는 정보의 품질을 확인할 수 있는 QC/QA 방법을 정립하였다.
마지막으로, 다양한 연구 수요에 대한 해당 자원의 활용 극대화를 위해 자원과 연계된 임상·역학 정보에 대한 수집항목 표준화는 핵심요소로 판단된다. 이를 위해 1차년도 사업에서는 3개 질환(난치천식, 가와사키, 2형 당뇨)에 대한 임상 및 역학 정보의 질환별 ‘표준 임상정보 수집체계(CDE)’를 개발하였으며, CDE 작성을 위한 기초자료는 국립중앙인체자원은행의 『질환자원 임상정보수집 표준화를 위한 가이드라인』을 참고하였으며[8], 개발된 CDE는 해당 질환관련 학회 등 전문가의 의견을 수렴하는 과정을 거쳐 각 질환별 표준임상정보 수집양식을 마련하였다 (Table 1, Table 2). 각 CDE의 최종안은 해당 질환의 전문 임상학회 검토 과정을 거쳐 정식으로 학회승인을 얻도록 조치하여, 향후 해당 질환연구에 사용될 표준 지침으로 활용될 수 있도록 하였다. 그리고 관련 임상정보에 대해 데이터베이스를 구축하였다(Table 2, Figure 4).

본 1차년도 사업을 통하여 3개 질환의 특성에 따른 오믹스 연구를 수행하기 위한 각각의 SOPs를 마련하여 17종(난치천식 11종, 가와사끼 2종, 2형 당뇨 4종)의 자원 수집 SOPs와 8종(난치천식 4종, 가와사끼 1종, 2형 당뇨 3종)의 오믹스 정보 SOPs를 확립하였다. 해당 질환의 임상 및 역학정보의 수집 항목은 난치천식은 12개 분류 334항목, 가와사끼는 6개 분류 43항목, 2형 당뇨는 8개 분류 242항목이다. 대한천식 알레르기학회, 한국가와사끼병연구회, 당뇨병학회 임상데이터 표준화연구회에서 각각 해당 질환의 임상 및 역학정보의 표준 임상정보 수집체계(CDE)에 대한 연구 타당성 확인 및 공식적인 승인절차를 거쳤다[9]. 2차 년도를 진행하고 있는 현재 각 사업에서는 확립된 SOPs와 CDEs를 이용하여 자원 및 정보를 생산하고 있다. 또한 다년도 자원수집 기간을 고려하여 자원수집 대상자의 추적관찰 자료를 생산 할 수 있는 코호트체계로 운영하는 방안도 진행하고 있다.

Ⅲ. 맺는말


  미래 보건의료연구 활용 가능성이 높음에도 불구하고 공급이 부족한 표준화된 질환 자원의 확보는 해당 자원의 활용연구 및 산업의 발전에 매우 중요하다. 이를 위하여 본 사업에서는 다각적(Multiple)인 오믹스 연구가 가능한 특정 질환자원의 확보체계를 마련하기 위하여 컨소시엄(네트워크)을 구축하고 운영하였다. 또한 표준화된 자원확보를 위해 질환에 따라 수집되는 자원수집 SOPs와 오믹스정보생산 SOPs를 마련하였으며, 해당 질환별 임상 및 역학정보의 CDEs를 마련하여, 임상의, 바이오뱅크 운영자, 오믹스 데이터 분석 연구자로 구축된 질환별 컨소시엄을 통해 해당 자원 및 정보를 수집하고 있다.

이러한 특정 질환의 오믹스 연구용 국내 대표자원을 목적 지향적으로 확보 및 효율적으로 활용하기 위해서는, 장기적이고 단계적인 계획에 따라 목표한 자원의 수집이 체계적으로 이루어져야 한다. 향후 본 사업을 통해 확보한 표준화된 임상·오믹스 정보가 연계된 질환자원이 해당 연구를 수행하는 연구자들에게 활발하게 제공되어 맞춤형 예방 치료 등의 미래 보건의료연구에 기여하길 바라며, 이는 국립중앙인체자원은행이 우리나라 보건의료 연구용 질환자원 공급 인프라로서의 중추적인 역할을 수행하는 부분이 될 것이라고 본다. 또한 특정 질환에 대해 확립된 SOPs 및 CDEs를 해당 연구에 사용될 표준지침으로 제공함으로써 질환자원 표준화를 유도할 수 있으며, 수집된 SOPs, 질환자원 및 관련 정보들을 기반으로 타 부처 R&D 공동 연구기획의 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

Ⅳ. 참고문헌

1. NIH. 2015. NIH common data element (CDE) resource portal. Available at https://www.nlm.nih.gov/cde/
2.NINDS, 2015 .NINDS Common Data Elements. Available at https://commondataelements.ninds.nih.gov/
3. Grinnon ST, Miller K, Marler JR, Lu Y, Stout A, Odenkirchen J, Kunitz S. 2012. NINDS Common Data Element Project-Approach and methods. Clin Trials. 9(3): 322-329.
4. Loring DW, Lowenstein DH, Barbaro NM, Fureman BE, Odenkirchen J, Jacobs MP, Austin JK, et al. 2011. Common data elements in epilepsy research: development and implementation of the NINDS epilepsy CDE project. Epilepsia. 52(6): 1186-1191.
5. NIH. 2015. The NIH/NCATS GRDR Program. Available at http://www.ncats.nih.gov/grdr
6. Rubinstein YR1, McInnes P1. 2015. NIH/NCATS/GRDR Common Data Elements: A leading force for standardized data collection. Contemp Clin Trials. 42: 78-80.
7. 질병관리본부. 2014. 국립중앙인체자원은행 기탁·위탁 지침. 11-1352159-000213-01
8. 질병관리본부. 2014. 질환자원 임상정보수집 표준화를 위한 가이드라인. 11-1352159-000179-01
9. 질병관리본부. 2015. 학술연구개발용역과제 최종결과보고서; 데이터 표준화에 기반한 오믹스 연구용 질환패널 자원확보. 11-1352173-000230~2-01
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