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개인유전체맵 플랫폼 기술

신테카바이오는 세계 다양한 인종 가운데 수천명의 혈액을 추출하여 NGS시퀀싱을 거쳐 마하슈퍼컴퓨터로 유전체 분석을 합니다. 이렇게 분석된 데이터는 신테카바이오의 자체 기술인 Adiscan엔진으로 3가지의 DB인 대립유전자깊이정보(Allele Depth), 유전형질정보(Genotype), 반수체정보(Haplotype)로 생성합니다. 이 3가지 DB는 빅데이터용 초고속 병렬분산용 스토리지인 “MAHA-FsDx”로 저장되어 유전체 통합 데이터로 완성됩니다. 이러한 빅데이터를 생성하고 운영하는 기술을 유전체맵 플랫폼 기술이라 합니다.

*ADISCAN 엔진 이란? 개인의 전장유전체를 하나의 긴 스트링으로 추출하는 바이오 소프트웨어로 신테카바이오의 자체 보유기술 입니다.

pmap flow

마하슈퍼컴 시스템 (MAHA-FsDx)

최근 바이오 산업의 급격한 발전에 따라 유전자검사 수요가 급증하여, 복잡한 유전체 분석을 보다 정확하고 빠르게 처리하기 위해 유전자 검사 전용 마하슈퍼컴퓨터가 개발되었습니다. 따라서 유전체 특화용 마하슈퍼컴시스템(MAHA-FsDx)은 데이터 프로세싱 비용을 낮추고, 유전체 기반 질병 진단을 최적의 환경에서 운용 되도록 합니다. 기존 차세대 염기서열 분석(NGS) 유전자 검사 후 마하슈퍼컴시스템 기반 유전체 빅데이터를 활용하여 위양성을 줄이는 등 유전체 분석의 다양한 방면에 활용되고 있습니다.

또한, 유전체 특화용 마하슈퍼컴시스템(MAHA-FsDx)은 유전체 특화용 메모리 캐시 기반 마하분산병렬계산(distributed parallel computing) 환경으로 구성이 되었고, 전장유전체를 빠르게 분석하고 통합하는데 용의하게 설계가 되어 있습니다.

마하슈퍼컴 시스템의 특징은 대량의 전장유전체 분석을 극대화 시킨 슈퍼컴퓨팅 시스템이라고 할 수 있습니다. 본 시스템은 다수의 ETRI기술이전 특허를 포함하고 있고, ETRI에서 개발한 마하시스템 기반하에 추가적으로 I/O를 높이기 위하여 메모리 캐시 스토리지 서버, 데이터 청크 크기(chunk size) 및 네트워크 환경을 최적화 하여 MAHA-Fs보다 추가 가속이 가능한 유전체전용 “MAHA-FsDx”로 개발되었습니다.

본 기술 “MAHA-FsDx”는 자체적으로 특허출원을 하였습니다.

마하슈퍼컴 시스템은 세계최고의 Luster시스템 대비
대규모 저장공간과 용량,성능 경제성이 더욱 뛰어납니다.

인실리코 임상 (in silico clinical trial)

최근 단일 그래픽카드인 GPGPU (general purpose graphic process unit)의 성능이 500 cores에서 10,000 cores 그리고, 30,000 cores (Volta architecture) 로 혁신을 거듭하고 있습니다. 이러한 고성능 컴퓨팅 (high performance computing) 하드웨어 시스템의 발전에 힘입어, 다양한 분자 모델링, 시뮬레이션 기술 또한 진보를 거듭하면서 유용성이 향상되고 있습니다. 특히 GPU를 활용한 컴퓨팅 환경에서는 약물과 표적단백질의 상호작용을 시뮬레이션하는 기술이 10배 가까이 가속화되었고 예측의 정확성도 향상되고 있습니다. 이와 같은 추세에 따라 인실리코 모델링 기술과 정상/변이 단백질에 대한 약물의 상호작용, 약물의 약효를 예측하는 시뮬레이션 기술은 신약개발의 효율성을 극대화시키는 신기술로 주목받고 있습니다.

신테카바이오는 자체 고성능 컴퓨팅 자원을 활용하여 인실리코 임상 (in silico clinical trial, ISCT)에 관련된 다양한 기술을 보유하고 있습니다.

  • BioMap 시스템:
    Chemical genomics/genetics의 개념을 컴퓨팅 환경에서 구현하여 유전자, SNP, 단백질, 의약화학물 간의 관계에 대한 연관 정보를 종합적으로 추출할 수 있는 통합 DB 환경입니다. (Gene-map, Compound-map, SNP-map, FDAdrug-map)
  • 분자동역학 (Molecular dynamics) 기반 시뮬레이션 시스템:
    단백질의 안정성과 다양한 물리적인 특성, 단백질과 약물의 결합 친화력을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 이를 통해 유전적 다양성으로부터 유래된 단백질의 변이가 약물과의 상호작용에 미치는 영향을 예측하게 됩니다. (Amber, CHAMM, Gromacs)
  • 약물 가상 탐색 (Drug Virtual Screening) 시스템:
    질병의 표적단백질을 공략하는 신규 화합물을 발굴하기 위해서 대량의 화합물 라이브러리에 대하여 가상의 high-throughput 탐색을 실시할 수 있습니다. 신테카바이오의 가상탐색 시스템은 단백질 구조를 활용한 구조기반 가상탐색과 화합물 구조 및 물성을 활용한 화학정보학 기반 가상 탐색에 관련된 기술을 모두 포함합니다. (Structure-based virtual screening, Cheminformatics-based virtual screening)

이상의 BioMap 시스템, 분자동역학 시뮬레이션 시스템, 약물 가상탐색 시스템은 신약 후보물질의 성공적인 임상시험 수행을 지원하기 위한 인실리코 분석 인프라입니다. 신테카 바이오는 슈퍼컴퓨터 기반 유전체 통합분석 시스템과 인실리코임상 시스템을 연계하여 약물 후보의 개발, 후보 약물의 효용성 및 독성 검증, 임상시험 디자인 등을 지원할 수 있는 인실리코 서비스를 제공합니다.

인실리코 시뮬레이션

하플로타이핑 (Haplotyping)

하플로타이핑-패널은 [1]HLA유전자(조직적합성검사), [2]KIR(killer cell immunoglobulin-like receptor), [3]약물대사유전자 및 [4]혈액유전자로 구성이 되어 있습니다. 그리고 특히 본 패널에서 사용하는 유전자는 변이가 많은 영역(highly polymorphic)이기 때문에 유전형질정보 및 유전형을 계산하는 것이 까다롭습니다.

신테카바이오는 최근에 개발한 HLAtyping기술, 즉 계층화기술 기반하여 유전형을 계산하는 알고리즘을 성공적으로 특허출원 완료하였습니다.

특히 [1]HLA유전자(조직적합성검사)[2]KIR의 활용은 다음과 같습니다.

모든 고등동물에서 서로 다른 개체간에 조직이식을 할 경우 조직을 받은 개체의 면역체계는 타인의 조직을 인식하여 거부반응을 일으키게 됩니다. 때문에 조직이식이 필요한 환자와 공여자는 조직 적합성 테스트를 실시해야 하며, 거부반응을 최소화하여 이식 성공률을 높이기 위해서는 환자와 공여자의 HLA type이 유사하거나 일치해야 합니다. 신테카바이오는 빅데이터 기반 프로그램으로 정확하게 HLA 유형을 예측하여 장기이식시 필요한 조직적합성을 확인할 뿐만 아니라, 개인식별, 질병민감성 등과 관련된 정보를 제공할 수 있습니다.

[3]약물대사유전자[4]혈액유전자의 활용은 다음과 같습니다.

인간은 수많은 음식, 영양소, 및 약물 등에 항상 노출이 되어 있습니다. 특히 질병의 치료 및 예방에 사용되는 의약품은 인체에 존재하지 않는 외인성 물질(xenobiotics)이 대부분 입니다. 우리 몸이 경험한 적이 없는 물질이 체내에 들어오면 이 들을 체외로 보내려는 시도를 하게 됩니다. 대사(metabolism)는 외인성 물질인 의약품을 체외로 보내는 가장 적극적인 인체활동 중 하나인 셈입니다.

최근의 연구결과는 개인마다 다른 유전형을 이용하여 최적의 약물과 용량이 예측 가능하다는 것을 보여주고 있습니다. 사람의 염기서열이 해독되고 일부 유전자의 기능이 밝혀지면서 약물의 반응과 관련된 여러 유전형이 약효의 발현 혹은 이상반응의 발생과 밀접한 관계가 있다는 것이 밝혀지고 있습니다.

Haplotyping-Panel은 다양한 분야에서 이용될 수 있습니다.

hla 이용분야 장기이식, 제대혈이식 등

장기이식, 약물대사, 제대혈이식, 골수이식, 줄기세포치료 등: 적절한 공여자를 선정하기 위해 필수적으로 시행

hla 이용분야 장기이식, 제대혈이식 등

질병진단의 보조방법: 특정 HLA 형별과 밀접한 관련이 있는 강직성 척추염, 류마티스 관절염, 건선 등

hla 이용분야 장기이식, 제대혈이식 등

법의학:
친자감별, 범죄자식별 등 개인식별

hla 이용분야 장기이식, 제대혈이식 등

기타 유전학적 관련 연구, 면역학 연구, 유전자 분석의 유추자료 등