차세대 염기 서열 결정(NGS) 기술이 지속적으로 발전함에 따라 전 세계 임상 유전학자와 연구자들은 희귀 질환 진단을 위한 전체 엑솜 염기 서열 분석의 역할을 탐구하고 있습니다. 아시아 태평양 지역에서는 대만이 연구 및 임상 분야에서 엑솜 염기 서열 분석을 사용하는 선두 주자로 부상하고 있습니다.
단일 유전자 또는 패널 시험에 비해 전장 엑솜 염기 서열 분석(WES)은 희귀 유전자 진단의 진단 속도와 정확성을 향상시킬 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. WES는 전장 엑솜(유전체에서 단백질을 코딩하는 부분)을 조사함으로써 진단이 신속하고 확실하게 이루어질 확률을 높여줍니다.
희귀 유전 질환의 경우, 신속하고 정확한 진단의 이점이 점점 더 명확해지고 있습니다. 환자와 간병인에게는 긴 진단 여정과 관련된 비용과 정서적 어려움을 줄여주고, 생명을 구하거나 개선할 수 있는 조기 치료의 기회를 열어줍니다. 의료 시스템의 경우, 염기 서열 분석을 통한 신속한 진단이 총의료비 지출을 줄일 수 있다는 증거가 점점 더 많아지고 있습니다[1].
Lab Insights는 최근 임상 유전학 연구와 희귀 질환 치료의 여러 측면에서 두각을 나타내고 있는 대만에서 WES가 어떻게 활용되고 있는지 알아보기 위해 대만의 선도적인 유전학자 몇 명과 이야기를 나누었습니다. 이들은 모두 패널 시험보다 WES를 선호하지만, 여전히 일부 환자들의 접근을 제한하는 다양한 장벽을 지적했습니다.
NTUH의 정기적이고 신속한 엑솜 염기 서열 분석
WES 사용을 늘리고 있는 기관 중 하나는 소아 유전체 의학 분야에서 풍부한 경험을 가진 타이베이의 선도적인 공공 병원인 National Taiwan University Hospital(NTUH)입니다. 이 병원에는 희귀 질환 진단을 지원하고 연구를 수행하는 NGS 실험실이 있습니다(대만의 3대 신생아 선별검사 센터 중 하나도 이곳에 속해 있습니다). 이 병원에서는 이미 약 3천 건의 WES 시험이 수행되었습니다.
소아과 임상 교수로 Wuh Liang Hwu 박사, Yin-Hsiu Chien 박사 및 이 분야의 다른 선도적인 NTUH 연구자들과 함께 다양한 NGS 프로젝트를 이끌고 있는 Ni-Chung Lee 박사는 NTUH는 수년 동안 자체적으로 여러 가지 유전성 질환 패널을 개발해 왔지만 WES를 위해 그중 일부를 단계적으로 폐지하고 있다고 말합니다.
Lee는 “실험실에서는 패널 주문에 포함된 유전자 목록이 이 환자의 문제를 해결할 수 있을 만큼 포괄적인지 항상 확신할 수 없기 때문에 엑솜 염기 서열 분석을 선호하는 경우가 많습니다.”라고 말합니다. “우리는 한 번의 시험으로 답을 찾을 수 있기를 바라지만, 어떤 시험을 주문할지는 임상의가 환자와 상의하여 결정하는 것이 일반적입니다.”
Lee 박사와 동료들은 정기적인 WES 시험 외에도 원인 불명으로 신생아 또는 소아 집중 치료실에 입원한 환아와 같이 긴급한 진단이 필요한 아이들을 위한 신속 트리오 엑솜 시험도 개발했습니다. 이 시험은 약 일주일 정도 소요됩니다(일상적이고 긴급하지 않은 경우에는 해석에 충분한 시간을 확보하기 위해 2~3개월 정도 소요되기도 합니다).
2016년부터 NTUH 유전학 팀은 WES/WGS에서 희귀 질환 진단을 용이하게 하기 위해 AI 기반 변이 우선순위 지정 도구도 개발했습니다. 이 도구는 대만에서 여러 주요 상을 수상했습니다[2].
VGH의 비용 관리 및 분석 개선
소아 유전체 의학 분야에서 명성이 높은 타이베이의 또 다른 선도적인 공공 병원인 타이베이 Veterans General Hospital(VGH)에서도 연구와 혁신에 대한 유사한 노력으로 엑솜 염기 서열 분석의 활용도를 높이고 있습니다.
VGH의 Rare Disease Medical Research Center 및 Genetic Counseling Center 소아과 디렉터인 Dau-Ming Niu 박사는 “예전에는 표적 패널을 사용했지만 지금은 전장 엑솜 또는 유전체를 위해 이러한 접근 방식을 완전히 포기하고 있습니다.”라고 설명합니다. “일부 환자에게는 여전히 비용이 부담스러운 요소이지만, 우리는 부담을 최소화하고 이러한 시험에 대한 접근성을 높이기 위해 최선을 다하고 있습니다.”
미국 최고의 임상의 겸 연구자 중 한 명인 Niu 박사는 시험 주문부터 결과 전달, 필요한 유전 상담 제공까지 모든 과정을 포함하는 전장 엑솜 또는 유전체 염기 서열 분석을 1,000번 이상 수행했다고 말합니다. 그는 진단이 명확한 경우에는 결과를 설명하는 것이 비교적 쉽지만, 원인이 불확실한 경우에는 훨씬 더 어렵다고 말합니다.
VGH는 현재 데이터 해석 프로세스를 개선하기 위해 외부 AI 회사와 협력하여 고급 생물정보학 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이들의 비전은 복잡한 유전 질환의 진단을 지원할 뿐만 아니라 약물유전체학 및 보인자 선별검사와 같은 다른 기능도 포함하는 포괄적인 ‘정밀 의학 지원’을 구축하는 것입니다.
CGMH의 뇌전증 연구를 위한 엑솜
대만의 여러 민간 병원과 클리닉에서도 엑솜 염기 서열 분석 연구에 참여하고 있습니다. 한 예로 전국에 지점을 두고 있는 주요 병원 네트워크인 Chang Gung Memorial Hospital(CGMH)은 National Health Research Institute와 함께 대만 희귀 질환 환자 2천 명의 엑솜 염기 서열을 분석하는 프로젝트를 진행 중입니다.
남부 가오슝시에 위치한 CGMH 시스템의 의료 센터인 Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital은 뇌전증에 초점을 맞춘 국제 연구 프로젝트인 Epi25 collaborative의 모집 센터 역할도 하고 있습니다. 이 병원의 의학 연구과 교수이자 유전체학 및 단백질체학 핵심 실험실 디렉터인 Meng-Han Tsai 박사는 이 연구와 다른 연구 프로젝트를 통해 이미 2천 개의 엑솜을 수집했다고 말합니다.
“예전에는 비용이 저렴한 유전자 패널을 사용했지만 결국 전장 엑솜 또는 유전체 염기 서열이 훨씬 낫다는 것을 깨달았습니다.”라고 그는 회상합니다. “400개 이상의 유전자가 뇌전증을 유발할 수 있고 모든 뇌전증이 유전적 근거를 가지고 있는 것은 아니기 때문에 근본 원인을 이해하기 위해서는 많은 정보가 필요합니다.”
뇌전증 유전학 분야의 저명한 전문가인 Tsai 박사는 환자들의 엑솜 염기 서열 분석 비용이 여전히 자비 부담 시장의 많은 사람들에게 장벽이 되고 있기 때문에 자신의 연구비를 환자들을 위한 엑솜 염기 서열 분석 비용으로 사용하기도 합니다. 그는 또한 많은 임상의가 유전자 데이터 해석에 대한 적절한 교육을 받지 못했고, 분석 과정을 지원하는 훌륭한 생물정보학자를 찾기가 어렵다고 지적하지만 상황이 개선되고 있다고 믿습니다.
대만 엑솜 염기 서열 분석의 미래
연구와 임상 치료에 적극적으로 헌신하는 임상 유전학자 커뮤니티를 보유한 대만은 희귀 질환 진단 분야에서 오랜 역사를 지닌 우수성과 혁신의 역사를 가지고 있습니다[3]. 매년 엑솜 염기 서열 분석 서비스 주문량이 증가함에 따라 대만은 지역 및 전 세계에 영향을 미칠 유전체 의학의 발전을 계속 주도할 것으로 보입니다.
그러나 이러한 발전과 잠재력에도 불구하고 대만에서는 공공 부문에서 WES에 대한 보상이 여전히 제한적입니다. 많은 현지 병원들이 경쟁력 있는 가격을 제시하고 연구자들이 염기 서열 분석 서비스를 위한 연구 자금을 확보하기 위해 노력하고 있지만, 일부 환자, 특히 저소득층 환자에게는 비용이 여전히 주요 장벽으로 남아 있습니다.
아시아 및 전 세계의 다른 국가와 달리 대만은 신생아 선별검사에서 전장 엑솜 또는 유전체 염기 서열 분석의 역할을 탐구하기 위한 주요 연구도 아직 시작하지 않았습니다. 일부 연구자들은 보건 정책 입안자들과 적극적으로 협력하여 현지 프로그램의 기회를 모색하고 있지만, 이 접근법의 비용-편익과 생명 윤리에 대한 우려로 인해 역풍을 맞고 있습니다.
좋은 소식은 대만은 강력한 의료 시스템과 의료 기술에 대한 탄탄한 자비 부담 시장을 보유하고 있다는 것입니다. 또한 Taiwan Foundation for Rare Disorders와 같은 NGO를 통한 희귀 질환 진단을 위한 대체 자금원도 있습니다. 다만, 대부분의 전문가들은 이것이 임상 수요를 충족하기에 충분하지 않다는 데 동의합니다.
전반적으로 아시아 태평양 지역의 다른 국가와 비교할 때 대만은 자국민이 고품질의 희귀 질환 진단을 받을 수 있도록 하는 데 있어 우수한 성과를 거두고 있습니다. 현재 WES에 대한 접근성은 여전히 불완전하지만, 향후 몇 년 동안 더 많은 진전을 기대할 수 있습니다.
이 글은 교육 콘텐츠와 커뮤니티 구축을 통해 신생아 선별검사 및 희귀 질환 진단의 모범 사례를 촉진하는 이니셔티브인 Project Strongbow의 공동 책임자이자 Roche Diagnostics Asia Pacific의 의료 참여 책임자인 Will Greene이 작성했습니다. 이 주제에 대한 더 많은 글과 동영상을 보려면 신생아 선별검사 페이지를 방문하십시오.
이 글의 연구 및 작성은 Roche Diagnostics Asia Pacific 아시아 태평양 지역 비즈니스 관리자(염기 서열 분석 샘플 준비) Patrick Danoy, Roche Diagnostics Taiwan 진단 가치 분석가 Alvin Hsiang, Roche Diagnostics Taiwan 진단 가치 책임자 Sasa Sha의 지원을 받았습니다.
참고 문헌:
[1] Dimmock, D.et al. (2021) ‘Project Baby Bear: Rapid Precision Care incorporating rwgs in 5 California Children’s hospitals demonstrates improved clinical outcomes and reduced costs of care’, The American Journal of Human Genetics, 108(7), pp. 1231–1238. doi:10.1016/j.ajhg.2021.05.008.
[2] AI_Variant Prioritizer – a smart variant prioritization system. National Taiwan University Hospital. 링크: https://www.ntuh.gov.tw/SH/News.action?q_type=A01&q_itemCode=13057&agroup=a
[3] Chien, Y.-H. and Hwu, W.-L. (2023) ‘The modern face of newborn screening’, Pediatrics & Neonatology, 64. doi:10.1016/j.pedneo.2022.11.001.
