질병지표물질 데이터베이스 구축과 활용
Construction and application of Infectious Disease Biomarker Database

질병관리본부 국립보건연구원 감염병센터 병원체방어연구과        

Ⅰ. 들어가는 말
  지난 세기 동안 효과적인 질병 예방에도 불구하고 연간 1,300만 명 이상이 감염성 질환으로 목숨을 잃고 있다. 이러한 현상은 21세기 공중보건에 가장 큰 문제점으로 남아 있다[1]. 병원체, 기후, 환경 등의 외적인 변화와 감염질환에 취약한 노인 인구의 증가 및 무분별한 항생제 사용에 따른 내성 병원체의  증가 등 사회적 기술적 변화는 향후 공중보건 예방의 새로운 패러다임을 요구하고 있다. 또한 신종   병원체, 과거에 해결되었던 감염질환의 재출현 및 생물테러의 경우 발병초기 진단이 환자의 치료 및  감염 질환의 확산 방지에 중요하기 때문에 감염 여부를 판단할 수 있는 초기 대응이 매우 중요하다.
  이러한 새로운 패턴의 질환에 대한 대응방법을 확립하는데 필요한 응용연구로서 진단제, 백신 및   치료제의 개발 및 연구는 필수적이다. 그러나 2009년 10월 보도자료에 의하면 국산백신은 22가지 전염병에 대해서 7가지로서 그 밖의 전염병에 대해 상당히 취약함을 볼 수 있다. 그러므로 진단제, 백신 및 치료제의 개발에 사용될 수 있는 지표물질에 대한 연구와 발굴은 매우 중요하다고 판단된다. 따라서  필수적인 지표물질의 수집과 분양, 전문적인 자료를 바탕으로 한 질병대응 인프라 구축에 필요한 컨텐츠 정보 구축은 새로운 질병 대응 방법을 개발하기 위한 기반으로서 반드시 필요한 분야이다. 이에 국립 보건연구원은 2005년부터 질병지표물질 데이터베이스(Infectious Disease Biomarker Database[IDBD : http://biomarker.kdca.go.kr]) 구축사업을 진행하였으며[2] 이를 관련 연구자들에게 2006년 12월에 공개하여 보건의료 연구소재의 개발 및 발굴 연구에 활용하고자 하였다.

Ⅱ. 몸 말

  질병지표물질이란 정상적인 과정, 병원성 기작 또는 약리 반응을 객관적으로 측정, 평가할 수 있는  지표물질로서 미지의 질병에 대한 원인 병원체나 질병의 진행과정을 검출할 수 있는 핵심 물질(유전자, 단백질, 탄수화물, 지질 등) 등을 포함하는 포괄적인 용어이다. 또한 질병의 진단, 탐지와 연관된 병원체 내의 병인물질과 이를 특이하게 감지할 수 있는 생물체내의 인식물질 및 그 외의 병원체의 특성 규명과 연관된 물질 등을 포함한다.
  국립보건연구원에서는 감염성 질환 및 지표물질의 유용정보를 체계적으로 수집 분석하는 지식 기반 플랫폼을 형성하고 실시간에 활용할 수 있는 유기적인 지표물질 데이터베이스 시스템을 구축하기 위하여, 2005년부터 ‘국가질병지표물질은행사업’의 일환으로 감염성 질환의 지표물질정보를 수집하여 데이터베이스를 구축하였으며, 2006년 12월 28일부터 IDBD를 웹서비스(http://biomarker.kdca.go.kr)를 통해  공개하였다[2]. 수집된 지표물질은 각각 현재 국립연구기관(국립보건연구원, 미국의 CDC 등)에서 감염성질환의 진단 및 검출을 목적으로 사용하고 있고, 최근에 발표된 연구자료의 반영과 각 지표물질의 정보(OMICS 관련 정보를 포함) 중에서 필수적인 또는 중요한 부분을 추출하여 보다 유용하고 실용적인   정보 DB 구축이 될 수 있도록 하였다.

  공개된 IDBD는 크게 감염질환별, 병원체별 및 지표물질별 3개의 데이터베이스로 구성되어 있고, 각각의 데이터베이스는 질환 관련 정보 및 병원체 정보, 지표물질 정보를 담고 있다(Figure 1a). 더불어 IDBD 내에 분자역학적 분석도구를 추가하여 염기서열 비교(sequence alignment), 계통발생학적 유연관계(phylogenetic tree) 및 단백질의 2/3차 구조를 예상할 수 있는 기능들을 이용하여 수집된 지표물질  자료의 분석이 가능하도록 구성하였다(Figure 1b). 이러한 IDBD는 감염질환, 병원체 및 지표물질 정보, 그리고 분자역학적 분석도구를 통합적으로 제공하여 연구자의 편의성을 강조한 연구자 친화적인 데이터베이스이다. 2005년부터 수집한 질환과 관련된 지표물질 정보의 내용 및 감염질환-병원체-지표물질간의 명명과 분류체계에 대해서는 국립보건연구원 내 연구자 및 외부 전문가들의 검증을 통해 정보의 신뢰성을 보완하였다. 현재까지 수집된 지표물질은 Table 1에서 보는 바와 같이 79 병원체로부터 710개의 지표물질을 수집하여 공개하고 있으며, IDBD 홈페이지에서 확인할 수 있다.
                                    
                                     
  IDBD 홈페이지(http://biomarker.kdca.go.kr)는 Figure 2에서 보는 바와 같이 초기화면에서 각각 감염질환, 병원체 및 지표물질로 이동할 수 있도록 구성하였다. 감염질환 부분에서는 Figure 3에서와 같이 11개의 질환별(소화기, 호흡기, 신경계, 비뇨생식계, 바이러스성 간염, 출혈성, 인수공통질환, 아보바이러스 감염, 약제내성(항생제 저항성 병원체에 의한 질환), 생물테러, 매개체 감염)로 분류하였으며, 질환의 특성, 증상, 진단 및 예방관련 정보가 수록되었다. 각각의 질환군들은 다시 세부적인 질환으로 구분하여 현재 91건의 질환들이 소개되어 있다. 병원체 부분에서는 Figure 4에서와 같이 4종류의 병원체별 그룹(세균, 바이러스, 진균 그리고 기생충)으로 구분하여 병원체의 특성, 병인인자 및 병인기작 등이 설명되었으며, 79종의 병원체들이 등록 정리되어 있다. Figure 5에서 보는 바와 같이 지표물질부분을 각각 단백질, 핵산, 탄수화물 및 소형분자로 구분하였으며, 물질의 물리화학적, 생화학적 특성, 작용 기작 및 관련 참고문헌 등이 수록되어 있다. 또한 지표물질들은 IDBD 홈페이지에서 제공하는 분자역학적 분석도구들을 곧바로 이용하여 수집된 지표물질을 비교 분석할 수 록 사용자 친화적으로 구성하였다(Figure 6). 각각의 물질들은 알파벳순으로 정리하여 현재까지 710주의 지표물질들이 데이터베이스에 등록 관리되고 있다(Table 1). 또한 사용자 편리성을 위하여 각각의 컨텐츠들은 검색을 통하여 쉽게 찾을 수 있도록 구성하였다. 컨텐츠의 검색은 내부검색(Internal search), 외부검색(External search) 그리고 뉴스검색(News search)으로 구분하여 설정하였다. 내부검색에서는 지표물질 데이터베이스 내의 감염질환/병원체/지표물질을 검색의 대상으로 하고 있다. 외부 검색에서는 National Center of Biotechnology Information(NCBI), Protein Data Bank(PDB), 그리고 미국의 Centers for Disease Control and Prevention(CDC) 웹사이트의 검색을 수행할 수 있도록 하였다. 뉴스검색의 경우는 Yahoo News, Science magazine에서의 News 검색(ScienceNow), 그리고 BBC News를 대상으로 하여 검색을 수행할 수 있도록 하였다.
  2010년에는 DB 시스템의 업그레이드를 시행하였으며, 원외 용역기관에 있던 IDBD 서버를 질병관리본부 내로 이전 설치하여 관리의 편리성과 안정성을 확보하였다. 또한 DB 내의 콘텐츠들의 지속적인 검증과정과 전문가의 검토를 거쳐 지표물질의 정확도를 수정·보완하였으며, 3,000여개의 병원체 16S DNA 정보를 IDBD에 포함하여 연구자들이 검색·활용할 수 있도록 추가하였다.

Ⅲ. 맺는 말

  최근 생명공학 분야의 급격한 발전으로 새롭게 규명되는 질병지표물질 및 생물자원의 수가 급증하고 있으며 연구 소재로서 중요성이 강조되고 있다. 이러한 생물자원의 수집 개발을 통한 새로운 질병의  진단, 예방, 치료기술이 시도되고 있음을 고려할 때, 그 대상이 되는 지표물질의 확보는 매우 중요한   분야임에 틀림없을 것이다. 이미 미국에서는 CRP(Critical Reagents Program)[3]를 통하여 지표물질을 개발하고, 수집, 보관 및 제공하고 있는 실정이므로 우리도 지표물질에 대한 필요성을 인지하고 확보한 지표물질의 정도 관리를 위한 표준시험법을 마련하고, 물질의 표준화를 실현하고자 한다. 또한 R&D 및 의약분야에서 요구되는 신종 변종 병원체(신종플루 등)에 대한 지표물질을 지속적으로 수집하고 개발하여 국가보건의료분야 및 산학연구에 지원함으로써 첨단 진단, 예방 및 치료기술의 확보 및 국민보건향상에 기여하고자 한다.
  마지막으로 향후 질병지표물질 데이터베이스의 정보와 국가병원체자원 통합시스템의 연계를 통해   자원의 기본정보를 확인하고 필요시 분양받을 수 있는 원스톱(one-stop) 서비스를 제공하기 위해 병원체지표물질자원은행에서는 최선의 노력을 다할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

 1. Cohen ML, Changing patterns of infectious disease. Nature 2000 406: 762-767
 2. http://www.biomarker.kdca.go.kr
 3. http://www.beiresources.org