Success Case: Development of a Comprehensive HIV-1 Panel
HIV-1은 높은 돌연변이율과 유전적 다양성, 다양한 아형(subtype)과 재조합 형태(CRF)로 인해 기존의 표적 시퀀싱 방법으로 모든 변이형을 포괄적으로 검출하기 어렵습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 셀레믹스(Celemics)는 질병관리청(KDCA)과 협력하여 하이브리다이제이션 기반 HIV-1 타겟 인리치먼트(Target Enrichment) 패널을 개발했습니다. 이 캡처(Capture) 기반 접근법과 이에 연동된 바이오인포매틱스 분석 파이프라인(Bioinformatics Analysis Workflow)은 다양한 HIV-1 변이형의 유전체 정보를 반영하여 설계되었습니다. 실제 바이러스 샘플을 활용한 광범위한 실험을 통해 이 인리치먼트 기술의 효과를 검증하였습니다. 본 패널은 유전적으로 다양한 HIV-1 바이러스에 대해 탁월한 정확성과 폭넓은 활용성을 입증하여, 공중보건 감시와 감염병 모니터링에 효과적인 도구가 될 수 있습니다.
Celemics Comprehensive HIV-1 패널 주요 특징
- 다양한 아형(Subtypes)에 대응 가능한 유연하고 맞춤형 설계
Design for Diverse Subtypes 패널은 미국 로스알라모스 국립연구소(LANL)의 HIV 시퀀스 데이터베이스에서 수집한 유전체 정보를 바탕으로 설계되었습니다. M 그룹의 17개 단일 아형과 전 세계적으로 자주 관찰되는 3가지 주요 CRF를 포함합니다. 최초 프로브 세트로 충분히 커버되지 않은 영역은 개선된 설계 전략을 통해 추가 프로브를 추가하여, 다양한 HIV-1 변이형에 대해 보다 높은 커버리지를 확보했습니다.
(그림 1)
- 프로브 설계의 인실리코(In Silico) 검증
최종 프로브 세트는 LANL HIV 시퀀스 데이터베이스에 등록된 수많은 HIV-1 서열을 활용하여 인 실리코 분석을 통해 철저히 검증되었습니다. 초기 설계가 일부 변이형에서 40% 미만의 커버리지를 보였지만, 최종적으로 최적화된 프로브 세트는 모든 HIV-1 유전체 서열에서 90% 이상의 커버리지를 달성하며 이 포괄적이고 신뢰할 수 있는 타겟 인리치먼트 패널 설계의 우수성을 입증했습니다.
(그림 2)
- 강력한 분석 알고리즘 및 데이터 해석 방법
Data Interpretation Method 후속 데이터 해석의 정확성을 높이기 위해 Alignment과 드노보 어셈블리(de novo assembly) 접근 방식을 결합한 정교한 분석 알고리즘을 개발했습니다. 이 데이터 해석 방법은 순수 아형(subtype)은 물론 복잡한 재조합 형태까지 명확히 구분하여 HIV-1 변이형을 정밀하게 분류할 수 있게 합니다. 또한, 이 파이프라인은 바이오인포매틱스 분석 툴로서 감염병 관련 데이터의 정밀 해석에도 활용될 수 있습니다.
- 임상 성능 검증, 실제 샘플 기반의 성능 검증
단일 subtype 및 재조합형을 포함한 35개의 실제 임상 샘플(다양한 viral load 포함)에 대해 검증 실험을 수행하였으며, 이 중 33개 샘플에서 게놈 검출 및 정확한 subtype 분류에 성공하였습니다. 검출에 실패한 2개 샘플은 1,000 IU/mL 이하의 낮은 viral load를 갖는 샘플이었습니다. 또한, 단일형 외에 CRF 및 복합 재조합형(Complex Recombinant Form, cpx)에 대해서도 높은 coverage와 subtype 일치율을 기록하여, 패널의 범용성과 분석 성능을 확인할 수 있었습니다. (그림 3)
Impact
이번 협력으로 개발된 종합적인 HIV-1 패널은 한국의 감염병 감시 시스템의 정확성과 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있습니다. 유연하고 맞춤화 가능한 기술을 통해 돌연변이 추적(Mutation Tracking), 백신 및 치료제 개발(Vaccine and Therapeutic Development), 그리고 광범위한 감염병 연구 분야에서 효과적으로 활용될 수 있습니다.
