병원성 단백체 DB 소개
Pathogen Omics Database (PathOD)

질병관리본부 국립보건연구원 면역병리센터 말라리아기생충과            
주정원           
  

 
  생물체에 대한 총체적 분석법(-omics analysis)의 발달로 대용량, 다차원의 유전체 및 전사체(whole-genome sequencing, microarray, RNA-seq, CHIP-seq) 정보 그리고 단백체(LC-MS/MS, 2D spot) 정보가 기하급수적으로 증가함에 따라, 개별 유전자들의 분자론적 미시수준을 넘어 개체 또는 개체 간의 거시수준에서 생명현상을 이해하고자 하는 노력이 지속적으로 이루어지고 있다. 병원체 연구에 있어서도 병원체의 서열정보 뿐만 아니라 면역작용을 포함한 숙주와의 상호작용에 대한 총체적 분석과 대용량 정보 관리에 대한 노력이 선진국을 중심으로 수행되어 병원체 정보 데이터베이스(Database; DB) 및 분석시스템을 구축해 오고 있다.
  미국의 경우, 국립 알레르기·전염병연구소(National Institute of Allergy and Infectious Diseases; NIAID)는 2004년부터 3개 분과(Acquired Immunodeficiency Syndrome, Allergy, Immunology, and Transplantation and Microbiology and Infectious Diseases)를 중심으로  4개의 병원체 정보자원(원충 및 기생충, 박테리아, 매개곤충, 바이러스) DB를 운영하고 있으며, 병원체의 총체적 정보(genomics, tranomics, proteomics, metagenomics)를 수집 및 통합 분석해 오고 있다. 2007년부터는 포스트 게놈 시대에 축적된 방대한 데이터와 진보된 융합기술을 통해 단편적 개별 분자의 이해를 넘어 전체적인 생물현상을 이해하려는 시스템생물학(system biology) 연구로의 전환이 진행되고 있다.
  국외 병원체 정보 DB는 지속적으로 개발되고 대형화되고 있지만, 국내 병원체의 오믹스 정보에 기반을 둔 통합 분석 시스템 및 생물정보 DB 구축은 부진한 상태이다. 병원체 정보 DB의 불균형은 통합 연구의 규모와 질을 떨어뜨리고, 더 나아가 병원체 정보를 포함한 생물정보 자체가 국가 경쟁력이 되는 시대에 상당한 약점이 된다. 따라서 선진국의 병원체 DB에 대응하고, 국내 고유 병원체 연구에 필요한 통합적 데이터를 생산, 관리하고, 방대한 자료를 재분석하여 새로운 정보를 생산해 낼 수 있는 데이터 주도형(data-driven) 연구관리로의 전환을 위한 기본적 인프라 구축이 필요하다.
  이러한 필요성을 바탕으로 병원성 단백체 DB(Pathogen Omics Database; PathOD)가 병원성 단백체 관리사업을 통해 구축되었으며, 2011년 7월 질병관리본부 통합정보시스템으로 이관되어 운영을 시작하였다. 현재 PathOD는 병원체의 오믹스 데이터를 통합하는 DB 역할 뿐만 아니라 정보 분석을 위한 여러 프로그램들도 제공하는 포털 사이트이다. PathOD에서 제공하는 병원체 정보들은 간흡충(Clonorchis sinensis), 삼일열 말라리아(Plasmodium vivax), 폐렴알균(Streptococcus pneumoniae), 장출혈성대장균(Enterohemorrhagic E. coli O157:H7) 등 병원성 단백체 관리사업의 주요 대상 병원체에 대한 분석 내용을 포함하고 있다. 특히, PathOD에 탑재된 간흡충의 전사체 분석 결과는 2011년 6월 국제 학술지에 발표되었고(PLoS Negl. Trop. Dis. 5(6): e1208), 간흡충 전사체 정보는 국제 생물정보센터에 등록되었다(등록번호: FS126466-FS179210). 간흡충 전사체 DB 구축 및 활용에 대한 논문은 국제 학술지에 게재할 예정이다. 국내 장내 기생충 감염 1순위인 간흡충의 전사체 분석 정보를 제공하는 것은 간흡충증의 진단과 간흡충의 감염 및 성장 억제를 위한 주요 표적 단백질을 발굴하는데 크게 기여할 것이다.
  PathOD(http://pathod.kdca.go.kr) 개발 초기 목적은 산재되어 있는 국내 토착 병원체의 병원성 단백체 정보를 수집, 분석하고 관리하는 것이었으나, 생물정보학적 분석을 통한 병원성 단백체 발굴 필요성이 커짐에 따라 최신 동향을 반영하여 분석 소프트웨어 등을 포함하여 개발, 발전시키는 것으로 확대하였다. 병원체의 유전체 서열정보로부터 항원성 단백질 발굴 및 항원작용기 예측분석을 통합적으로 수행할 수 있도록 분비단백질(SignalP, SigCleave, RPSP, SigPred, TargetP), 막단백질(TMHMM), 단백질 세포내위치(PSORT2, pSORTb, SherLoc2, YLoc), B세포 항원결정기(BEpro, AAPPRed, BCPRed, FBCPred, Epitopia, SEPPA, Bepipred, Antigenic, BEOracle) 등을 예측 분석하는 각 프로그램을 탑재한 가칭 “진단 및 백신 표적 단백질 발굴 pipeline”을 설계, 개발 중에 있다. PathOD의 중장기 발전계획은 생물정보학적 분석 프로그램을 확장하는 것과 더불어, 항원성 단백질 DB등과 같은 병원체 연구개발 정보의 주기적인 업데이트를 통해 연구자들이 병원성 단백체 발굴에 활용할 수 있는 분석자료를 제공하는 것이다. 이를 위해, 주요한 국내 병원체에 대한 대규모 유전체 분석을 수행 중에 있으며, 일차적으로 NGS(Next Generation Sequencing) 분석을 통해 간흡충 유전체 서열정보를 제공할 예정이다. 궁극적으로 PathOD가 국내 주요 병원체 오믹스 분석 정보를 연구자들에게 환류하고, 동시에 세계적 병원체 관련 DB 연계 정보를 제공하여 병원체 연구의 일익을 담당할 수 있는 중요한 DB로 발전할 수 있도록 노력할 것이다.