DNA 염기서열 분석법의 선구자들 , MILLENNIUM TECHNOLOGY PRIZE 수상
- 영국의 샹카 발라수브라마니안(Shankar Balasubramanian) 교수와 데이비드 클레너맨(David Klenerman) 교수가 혁신적인 DNA 염기서열 분석법 기술을 개발하여 Millennium Technology Prize을 수상했다.
- 이제 이 두 교수의 차세대 염기서열 분석법(NGS) 기술을 통해 DNA를 초고속으로 분석할 수 있다.
- 이는 코로나19 또는 암과 같은 치명적인 병에 대항하는 데 도움이 됨으로써 사회에 큰 이익이 되고, 농작물 병해를 더 잘 이해하며 식품 생산을 더 향상시킬 수 있다는 뜻이다.
- 밀레니엄 기술상의 후원자인 사울리 니니스퇴(Sauli Niinistö) 핀란드 대통령은 2021년 5년 18일 가상 시상식에서 이 상을 수여했다.
오늘 핀란드 기술 아카데미(TAF)가 케임브리지대학의 두 화학 교수, 샹카 발라수브라마니안 교수와 데이비드 클레너맨 교수에게 세계에서 가장 명망 높은 과학 및 기술상인 2020 Millennium Technology Prize을 수여한다.
이 세계적인 상은 과학과 혁신이 사회 복지에 미치는 광범위한 영향을 강조하기 위해 2004년부터 2년마다 수여되며 상금은 1백만 유로이다. 오늘 예정되었던 2020 시상식 발표는 코로나19 팬데믹으로 인해 지연되었다.
발라수브라마니안 교수와 클레너맨 교수는 Solexa-Illumina 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 공동으로 발명하였으며, 이 기술은 빠르고 정확하며 경제적인 대규모 게놈 염기서열 분석을 가능하게 함으로써, 생명과학을 ‘거대과학’으로 변환하여 삶에 대한 우리의 기본적인 이해를 향상시켰다. 염기서열 분석은 유기체를 구성하는 완전한 DNA 염기순서를 파악하는 과정을 말한다. 이후 이 두 교수는 Solexa 기업을 공동 설립하여 세계적으로 기술을 더 크게 활용할 수 있었다.
이 기술은 유전체학, 의학, 생물학 영역에 거대한 변화를 가져왔고 앞으로도 계속 그럴 것이다. 이러한 변화의 규모를 가늠해본다면, 최초의 인간 유전체 염기서열 분석과 비교하였을 때 속도와 비용이 100만 배 개선되었다. 2000년대에는 인간 유전체의 염기서열을 하나 분석하는 데 10년 이상 걸렸으며 비용은 약 10억 달러 들어갔다. 현재는 $1,000의 비용으로 하루 만에 인간 유전체의 염기서열을 분석할 수 있고 인간 유전체의 염기서열을 100만 개 이상 매년 분석한다. 이는 발라수브라마니안 교수와 클레너맨 교수가 공동으로 발명한 이 기술 덕분이다. 즉, 우리가 질병에 대해 훨씬 더 빨리 잘 이해할 수 있다는 것이다.
어떤 방식인가
NGS 방법 중 하나는 샘플 DNA를 작게 여러 조각으로 잘라 칩 표면에 고정하고 국소적으로 증폭하는 것이다. 이후 효소에 의해 추가된 형광색 뉴클레오티드를 사용하여 각 조각을 칩에서 염기별로 해독한다. 칩에서 각 위치에 포함된 색상 암호화된 뉴클레오티드를 형광 검출기로 검출하고 이 주기를 수백 번 반복하면, 각 조각의 DNA 염기순서를 파악할 수 있다.
이후, 수집된 데이터를 복잡한 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 분석하고, 이 모든 조각의 염기순서에서 DNA 염기순서를 전체적으로 조립한다. NGS 방법을 통해 수십억 개의 조각을 병렬 방식으로 배열할 수 있으므로 이 기술은 빠르고 정확하며 매우 경제적이다. NGS의 발명은 살아있는 모든 유기체의 유전 암호를 이해하는 데 완전히 혁신적이며 새로운 접근법이었다.
전 세계가 코로나19에 대항하도록 돕다
차세대 염기서열 분석법은 새로운 코로나바이러스 균주와 기타 병원균을 연구하고 식별하는 효율적인 방법을 제공한다. 팬데믹이 발생하면서 점점 세계적인 문제가 되어가는 새로운 코로나바이러스 바이러스성 돌연변이를 추적하고 탐구하는 데 이제 이 기술이 사용되고 있다. 이 작업은 현재 전 세계적으로 투여되고 있는 다양한 백신을 개발하는 데 도움이 되었고, 새롭고 위험한 바이러스성 균주에 대한 새로운 백신을 개발하는 데 핵심이 된다. 그 결과는 미래에 올 팬데믹을 예방하는 데 사용할 수도 있다.
또한 과학자와 연구자는 이 기술을 통해 코로나19에 대한 개인의 면역 반응에 기여하는 기본적인 요소를 식별할 수 있다. 이 정보는 바이러스에 대해 일부 사람들이 다른 사람들보다 더 심하게 반응하는 이유를 해독하는 데 필수적이다. 이러한 여러 연구 결과는 사람들이 과장된 염증 반응을 일으키는 가능성을 최소화할 수 있는 방법을 이해하는 데 매우 유용하다. 과장된 염증 반응은 이제 코로나19의 일부 증상에 대한 원인으로써 이해되고 있다.
확장된 의료 서비스 및 진단법에 미치는 영향
NGS 기술은 세계적인 생물학 및 생물 의학 연구에 혁신을 일으켰으며, 광범위한 관련 기술, 응용 분야, 혁신의 발전을 가능케 했다. NGS는 그 효율성으로 인해 이제 의료 서비스와 진단법(암, 희귀 질병, 감염 내과, 염기서열분석 기반 비침습적 산전 검사 등)에 폭넓게 도입되고 있다.
이 기술은 희귀 질병 환자의 유전적 위험 유전자를 밝히는 데 점점 더 많이 사용되고 있으며, 현재 일반적인 질병을 앓고 있는 정의된 환자군의 새로운 치료를 위해 새로운 약제 표적을 정의하는 데 사용되고 있다. 또한 NGS는 항체 및 유전자 치료와 같은 새롭고 매우 효과적인 생물학적 요법을 개발하는 데 기여해왔다.
암의 영역에서 NGS는 개별 치료법을 정의하는 데 표준 분석법이 되어 가고 있다. 이 기술은 다양한 암의 유전적 기초에 대한 이해를 근본적인 수준에서 극적으로 개선하였고, 조기 발견을 위한 임상 검사와 종양 및 환자의 혈액 샘플을 모두 활용한 진단법에 이제 흔히 사용되고 있다.
생물학에 미치는 영향
의학계의 적용 외에도 NGS는 거의 모든 종류의 샘플에 있는 수천 개의 유기체를 명확히 식별함으로써 모든 생물학에도 중대한 영향을 미쳤다. 이는 현재 농업, 생태학, 생물 다양성 연구에 대단히 중요한 부분이다.
아카데미 교수이자 Millennium Technology Prize 선정 위원회 의장인 페이비 또르마(Päivi Törmä)는 말했다.
“NGS의 미래 가능성은 거대하며 기술 개발은 여전히 그 초기 단계에 있습니다. 이 기술은 개인화된 의료, 치명적인 병에 대한 이해 및 대항, 이로 인한 삶의 질 향상을 통해 지속 가능한 발전을 도모하는 데 중대한 요소가 될 것입니다. 발라수브라마니안 교수와 데이비드 클레너맨 교수는 이 상을 받을 자격이 있습니다.”
이번 수상은 동일한 혁신 기술에 대해 두 사람 이상에게 수여한 첫 번째 사례로 공동 작업의 중요성을 기념할 수 있었다.
핀란드 기술 아카데미의 의장인 마르야 마카로브(Marja Makarow)교수는 말했다.
“공동 작업은 미래에 긍정적인 변화를 보장하는 데 본질적인 부분입니다. 차세대 염기서열 분석법은 팀워크, 그리고 서로 다른 과학 배경을 가진 개인들이 모여 하나의 문제를 해결하는 것을 통해 우리가 무엇을 이룰 수 있는지 보여주는 완벽한 예시입니다.
“발라수브라마니안 교수와 클레너맨 교수가 개척한 기술은 코로나바이러스 염기순서의 발견을 돕는 데에도 주요한 역할을 했습니다. 이로 인해 국경을 초월한 공동 개발의 승리인 백신을 개발할 수 있었고 코로나19의 새로운 변종을 식별하는 데 도움이 되었습니다.”
샹카 발라수브라마니안 교수와 데이비드 클레너맨 교수는 공동 성명에서 말했다.
“Millennium Technology Prize의 10번째 수상자가 되어 기쁘고 영광입니다. 저희는 기술 개발에 기여한 공로를 인정받는 국제상을 수상한 것이 이번이 처음입니다. 하지만 이 상은 저희 것만이 아닙니다. 기술 개발에 주요한 역할을 해주었던 저희 팀 모두와 이 여정에서 저희에게 영감을 주었던 모든 이를 위한 상입니다.”
Millennium Technology Prize을 수상한 역대 9명의 수상자 중 3명이 다음에 노벨상을 수상하였다.
내일(2021년 5월 19일) 발라수브라마니안 교수와 클레너맨 교수는Millennium Technology Prize 강연을 송출하여 이들의 혁신에 관해 이야기할 것이다. 이는 16:30(EEST)에 Millennium Innovation Forum에서 열린다. 강연은여기에서 입장할 수 있다.
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편집자 참고 사항:
- 차세대 염기서열 분석법 개발의 연표:
1994년: 샹카 발라수브라마니안 교수와 클레너맨 교수가 DNA의 염기서열을 분석하는 새로운 방법을 착상하기 위해 공동 작업을 시작한다. 이들의 방법은 고도로 소형화되고 빠른 DNA 분석장치를 만들기 위해 표면에 있는 방대한 양의 DNA 분자의 염기서열을 병렬로 분석하는 데 기반한다.
1997년: 초기 계산은 단일 기기에서 며칠 만에 수십억 개의 DNA 염기서열을 분석할 수 있도록 확장 가능한 접근법을 시사하여 인간 게놈의 신속한 서열분석이 가능하게 한다.
1998년: 혁신을 상업화하기 위해 클레너맨 교수와 발라수브라마니안 교수는 여러 개의 주요 특허권을 신청하고 Solexa Ltd.를 공동 설립한다. 이 기술을 사용하여 서열 분석을 한 최초의 인간 게놈이 발표된다.
2007년: 기술은 Illumina, Inc에서 인수하고, 실험당 수조 개의 DNA 염기서열을 분석하기 위해 더욱 최적화된다. 기술은 유전체학, 생물학, 의학 영역을 계속해서 변화시키며 영향을 미친다.
- Millennium Technology Prize은 2년마다 열리고 100만 유로의 상금을 수여하는 세계적인 상으로, 사람들의 삶의 질을 향상시키며 지속 가능한 발전을 도모하는 선구적인 기술 혁신에 주어집니다. 수상한 혁신 기술은 폭넓고 긍정적인 사회적 영향력을 가져야 하고, 상업적으로 실행이 가능해야 하며, 인류 복지를 증진해야만 합니다. Millennium Technology Prize은 핀란드 기술 아카데미가 수여합니다.
- Millennium Technology Prize의 역대 수상자 목록:
- 2004년 팀 버너스리(Sir Tim Berners-Lee), 월드와이드웹(World Wide Web)
- 2006년 나카무라 슈지 교수(Shuji Nakamura), 눈부신 백색 LED 생성의 마지막 단계인 청색 LED를 최초로 성공적으로 생산
- 2008년 로버트 랭거(Robert Langer) 교수, 시간이 지남에 따라 환자 신체의 약물이 방출되는 제어 약물 방출에 대한 선구적인 작업 공로
- 2010년 미하엘 그라첼(Michael Grätzel) 교수, 전기 발전 창문 및 저비용 태양 전지판을 약속하는 3세대 염료감응형 태양전지
- 2012년 공동 수상자: 야마나카 신야(Shinya Yamanaka) 교수의 윤리적인 줄기세포 연구, 리누스 토발즈(Linus Torvalds)의 리눅스 오픈 소스 운영 체제(전 세계의 안드로이드 스마트폰, 태블릿, 디지털 텔레비전 기록기, 슈퍼컴퓨터의 기반이 되었음)
- 2014년 스튜어트 파킨(Stuart Parkin) 교수, 자기 디스크 드라이브의 저장 용량을 천 배 증가시킨 증가된 데이터 저장 밀도 개발
- 2016년 프랜시스 아널드(Frances Arnold) 박사, 유도진화
- 2018년 뚜오모 순똘라(Tuomo Suntola) 박사, 마이크로프로세서 및 디지털 기억 장치에 대한 나노의 얇은 물질층 생산을 가능케 하여 스마트폰의 혁신을 도운 원자층 증착(ALD)
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