태아가 착상되는 순간부터 유전자는 사람의 성장과 건강을 통제합니다. 하지만 단독으로 하는 것은 아닙니다. 엑스포솜(삶을 거치는 동안 경험하게 되는 모든 내부 및 외부의 화학적 노출)은 유전자와 이 유전자가 코딩하는 단백질에 좋든 나쁘든 영향을 미칩니다. 엑스포솜에 대한 이해도를 높이면 과학자들이 비유전적 요인이 생물학적 반응에 미치는 영향과 이러한 요인이 만성 질환 발병에 기여할 수 있는지 확인하는 데 도움이 될 것입니다.

엑스포솜 탐구

엑스포솜은 무엇입니까?

인간 엑스포솜은 인간 게놈과 동등한 환경입니다. 이것은 식이요법, 생활 방식적 요인, 사회적 영향을 포함하여 인간이 평생에 걸쳐서 겪게 되는 복잡한 노출을 나타냅니다. 우리가 먹는 음식과 복용하는 약물, 물과 공기 내의 오염물질, 햇빛과 다른 광원에 의한 이온화 방사선, 우리 몸에 살고 있는 박테리아의 생합성 활동, 심지어 소음 공해까지 모두가 해당합니다. 엑스포솜은 또한 우리 몸이 이러한 도전에 어떻게 반응하는 지도 포함하고 있어, 우리가 “양육”이라고 부르는 것의 대부분을 포괄합니다. 그러나 이러한 노출이 실제로 인간에게 어떤 영향을 미치는지, 또는 심혈관 질환, 당뇨, 천식, 알츠하이머병, 암 및 기타 만성 질환과 같은 질병의 발병에 잠재적으로 영향을 미치는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

엑스포솜 과학의 기원

유전학에는 다음과 같은 방정식이 있습니다: P = G + E. 이것은 개인의 표현형(Phenotype)(관찰 가능한 건강 및 신체적 특성)이 자신의 유전자(Genetics)와 환경(Environment)의 합계임을 의미합니다. 아마도 E는 암 역학자인 Christopher Wild가 2005년 논문 “Complementing the Genome with an ‘Exposome': The Outstanding Challenge of Environmental Exposure Measurement in Molecular Epidemiology.”에서 처음 사용한 용어인 “엑스포솜(Exposome)”을 나타내야 할 것입니다. 이 논문에서 Wild 박사는 환경 노출이 인간 건강에 미치는 중요성과 잠재적 영향에 대해 논의하였습니다. 그는 이 영향의 특성을 규명하는 가장 좋은 방법이 유전체학, 단백질체학, 대사체학에 사용되는 도구를 적용하는 것이라고 주장하였습니다.

엑스포솜 탐구

엑스포솜은 평생 노출을 포함

엑스포솜을 밝히기 위해서는 인간이 접하는 외인성 및 내인성 노출에 대한 식별, 특성 규명 및 정량은 물론, 평생에 걸쳐 사람을 질병에 걸리기 쉽게 만드는 변형 가능한 위험 요인이 필요합니다. 언급했듯이 엑스포솜 개념은 인간 게놈의 개념을 보완하는 역할로 도입되었습니다. 인간 게놈을 해독하면서 질병의 근본적인 유전적 원인에 대한 이해가 높아졌지만 게놈 분석은 질병 부담의 일부만을 설명합니다.

본성과 양육을 동시에 고려

환경적 요인과 생활 방식적 요인은 인간 질병의 감수성, 발병 및 악화를 결정하는 데 있어 유전자와 동등하거나 훨씬 더 큰 중요성을 갖습니다. 엑스포솜 과학은 유전자와 환경 사이의 복잡한 상호작용과 질병과의 인과 관계를 이해하기 위한 개념적 틀을 제공할 것으로 기대됩니다. 그러면 DNA 서열, 후성적 DNA 변형, 유전자 발현, 대사산물 프로파일링 및 환경적 요인 등 모두 복합적으로 작용하여 질병 표현형에 영향을 미치는 요인 간의 복잡하고 역동적인 상호 작용에 의해 정의되는 인간 질병을 통합적 관점을 통해 본성과 양육의 난제를 해결할 수 있는 길이 열립니다.

엑스포솜 패러다임의 도입

엑스포솜 패러다임은 만성 질환의 비유전적 원인을 연구합니다. 이 패러다임을 사용하여 인간의 질병을 유발하거나 악화시키는 복잡한 상호 작용을 해독하려면 다양한 생물학적 차원에서 다양한 위험 요인과 변형 인자 간의 연계성을 평가해야 합니다. 이 상호 작용은 외부 스트레스 요인에 대한 인간의 감수성을 정의합니다.

전장 유전체 연관 분석 연구(GWAS, Genome-wide Association study)로 유전적 원인에 대한 탐구가 시작된 것과 마찬가지로 엑스포솜 패러다임은 만성 질환의 비유전적 원인을 연구하는 추진력을 제공합니다. 인간 엑스포솜을 설명하려면 환경 및 노출 과학과 공학, 생화학, 분자 생물학, 독성학, 생물 정보학 및 역학에 걸친 광범위한 최신 기술이 필요합니다. 이러한 기술은 질병의 환경적 부담에 대한 통찰력을 높이는 특정한 워크플로로 체계화됩니다.

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인간 게놈 및 질병 연구

지난 30년 동안 이룬 가장 위대한 과학적 업적 중 하나는 인간 게놈의 염기서열을 해독한 것이었습니다. 그 이후로 질병 연구는 일반적으로 전장 유전체 연관 분석 연구라고 하는 대규모 연구에서 가장 일반적 유형의 유전 변이와 질병 간의 통계적 연관성을 확인하는 데 초점이 맞춰졌습니다.

이러한 연구로 질병을 일으키는 많은 요인을 이해하는 데 큰 성과가 있었지만 유전적 요인이 질병의 유일한 주요 원인이 아닐 수 있다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다. 전반적으로, 유전체는 질병 원인의 20% 미만을 차지하며 백혈병의 경우 약 3%부터 천식의 경우 거의 50%까지 걸쳐져 있습니다. 인구 수준에서 질병의 유전적 유전가능성은 평균 약 50%입니다.

실제로, 많은 만성 질환은 순수한 유전적 기원을 가지고 있지 않음을 과학자들은 수십 년 동안 알고 있었으며, 비유전적 요인이 질병에 대한 기여에서 점점 더 지배적인 역할을 하는 것으로 나타나고 있습니다.

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환경 보건 과학이 열어주는 새로운 시대

건강 스트레스 요인과 위험 변형 요인을 단순히 연관시키는 대신 질병의 인과 관계를 탐구하려면 교란된 항상성과 관련된 모든 중간 사건을 메커니즘적으로 이해해야 합니다. 교란을 식별하려면 시스템 생물학 모델과 고급 생물 정보학으로 뒷받침되는 고처리량의 데이터 수집과 해석이 필요합니다. 이러한 도구를 사용하면 유해한 건강 결과와 관련된 실제 생물학적 및 대사 경로를 고유한 방어 메커니즘에 의해 효율적으로 극복되는 교란과 구별할 수 있습니다.

건강 위험 평가를 고려할 때 엑스포솜 패러다임은 환경 보건 과학과 화학 위험 평가에 새로운 시대를 열어줍니다. 그러면 고처리량 분석 도구, 빅 데이터 분석 및 생물학에서 유래한 모델링을 결합하여 복잡한 질병의 다중 인과 관계를 이해할 수 있습니다. 좋은 소식은 전 세계 여러 나라의 정부가 이러한 불균형을 인식하고 대규모 엑스포솜 연구에 자금을 지원하면서 실제로 이러한 변화가 현재 일어나고 있다는 것입니다.

결론

엑스포솜 패러다임은 응용 연구를 교육적, 행동적인 정책 기반의 위험 완화 개입으로 전환하는 계기를 마련하게 될 것입니다. 엑스포솜은 정교한 도구가 광범위하게 요구되는 복잡한 연구 분야입니다. 애질런트는 이 다중오믹스 연구를 위한 광범위한 하드웨어, 소프트웨어 및 정보학 솔루션을 제공합니다. 여기에는 연구용 액체상 및 기체상 사중극자 ToF(time-of-flight) 질량 분석기, Triple Quadrupole 질량 분석기, 유도 결합 플라즈마 질량 Triple Quadrupole 질량 분석기, 실시간 PCR을 포함한 화학 및 생물학 분석 시스템, 그리고 복잡한 다차원 데이터 세트에서 질병의 연관성을 찾아내기 위한 Agilent Mass Hunter Profiler Professional과 같은 정교한 소프트웨어가 포함됩니다.

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