생명공학과 정보기술의 결합

김석관 과학기술정책연구원 2002 정책자료 Vol.- No.-

생물정보학의 개요1. 1 생물정보학의 기원과 발전1.2 기술 개요1.3 교육기관 생물정보학 시장의 구조와 비즈니스 모델2.1 상업적 가능성과 시장 구조2.2 비즈니스 모델과 주요 기업2.3 시장구조의 문제점과 향후 전망 생물정보학의 의의3.1 기술적 의의 □ 생물정보학은 생물체를 정보의 집합으로 인식하고 생물학을 정보과학으로 보는 기본 전제에서 출발하며, 환원론(reductionism)의 관점과 전체론(holism), 혹은 통합적 관점(synthetic view)을 모두 견지한다.□ 생물정보학의 기술적 의의는 무엇보다도 생명과학의 연구 패러다임을 바꾸고 있다는 사실에 있다. 이러한 변화를 한 마디로 요약한다면 역유전학 (reverse genetics) 의 도입이라고 할 수 있다. 3.2 산업적 의의□ 생물정보학이 지니는 산업적 의의는 크게 새로운 비즈니스 모델과 기업군의 등장, 기존 생명공학 산업의 변화, 정보통신 산업에 대한 새로운 활로 부여 등 세 가지로 요약될 수 있다.□ 생물정보학은 이제 연구의 보조수단이라는 개념을 넘어서 독자적인 비즈니스 영역으로 발전하고 있다.□ 생물정보학은 독자적인 비즈니스 모델을 구축할 뿐 아니라 기존의 생명공학 산업을 크게 변화시킬 것이다. 3.3 경제시스템적 의의□ 현재 세계 경제는 정보기술 패러다임이라는 거대한 기술경제 패러다임에 속해 있다. 이것은 정보기술이 한 산업 분야에만 국한되지 않고 하나의 기반기술로서 전 산업의 생산성을 증가시키는 토대가 되고 있다는 의미이다. 디지털 경제는 정보기술이 주도하는 이러한 경제시스템을 일컫는 말이다. 3.4 사회적 함의□ 생물정보학은 생물정보의 조작을 더 용이하게 해준다는 의미에서 기존에 제기되어 왔던 생명공학에 대한 사회적 거부감을 더 강화시킬 가능성이 있다.

연구논문 : 교육과정 개정에 따른 교과서와 교육과정 속의 생명공학과 생물정보학 내용 분석

주희영 ( Hee Young Ju ),동효관 ( Hyo Kwan Dong ),이길재 ( Kil Jae Lee ) 경북대학교 과학교육연구소 2012 科學敎育硏究誌 Vol.36 No.2

이 연구의 목적은 교육과정과 교과서 속에 최신의 생물학 흐름인 생명공학과 생물정보학 내용이 어느 정도 반영되어 있는지를 분석해 보는 것이다. 이를 위해 7차 교육과정, 2007 개정 교육과정, 2009 개정 교육과정 속의 생명공학과 생명정보학내용을 분석하였으며 교육과정에 관련한 교과서 속의 생명공학과 생명정보학 내용을 분석하였다. 그 결과 7차 교육과정에서는 생명공학에 관한 내용은 있었으나 생물정보학에 관한 내용은 없었던 것에비해 2009 개정 교육과정에서는 생명과학 Ⅰ과 고급생명과학에서 이에 관한 내용이 등장하였다. 교과서 분석 결과를 보면 일반계 고등학교 학생들이 배우는 생물Ⅰ, 생물Ⅱ, 생명과학Ⅰ에서는 아직도 생물정보학에 대한 내용제시가 많이 부족하였으며, 과학고등학교 학생들이 배우는 고급생물에서도 전체 내용에 비해 생물정보학에 대한 내용 제시가 부족하였다. The proliferation of bioinformatics in modern biology marks a modern revolution in science that promises to influence science education at all levels. This study analyzed the contents of standards in the 7th and 2007 and 2009 revised high school biology curricula and compared the contents, amount and the presentation styles of bioinformatics with those of biotechnology in biology textbooks. In result, first of all, there are some vague expressions about biotechnology and bioinformatics in the 7th and 2007 revised curriculum. There is a clear expression about biotechnology in ``life scienceⅠ`` and ``advanced biology`` of 2009 revised curriculum. Second, more biotechnology is introduced than bioinformatics in ``science``, ``biologyⅠ``, ``biologyⅡ``, ``life scienceⅠ`` textbooks. Third, in ``biology for high class`` textbook, amount of biotechnology contents in the 2007 revised curriculum didn`t increase. An more effort to introduce bioinformatics to science high school student is needed according to revising curricula.

생명정보학을 이용한 전사인자의 하위표적유전자 분석에 관한 연구

황상준,전상영,이경아,Hwang, Sang-Joon,Chun, Sang-Young,Lee, Kyung-Ah 대한생식의학회 2006 Clinical and Experimental Reproductive Medicine Vol.33 No.2

연구 목적: 본 연구진은 초기 난포 발달 과정의 각 발달 단계별 난포를 분리하여 cDNA microarray를 이용한 유전자 발현 목록을 보유하고 있다. 본 연구는 이들 유전자 중에서 전사인자들의 목록에 주목하여 이들의 하위표적유전자를 생명정보학적 기법을 이용해 동정함으로써 이 후 초기난포발달의 조절 기전 연구를 위한 중요한 전사인자를 결정하고자 실시하였다. 재료 및 방법: 26개의 전사인자들에 대해서 Gene Ontology, MGI, 그리고 Entrez Gene 등의 유전자 데이터베이스 검색을 통해 전사인자들을 구성하는 도메인을 확인하였고, 전사인자 데이터베이스 ($TRANSFAC^{(R)}$ 6.0)와 진핵세포 프로모터 데이터베이스 검색을 실시하여, 전사인자의 cis-acting 및 trans-acting 하위표적유전자를 분석하였다. 결과: 26개 전사인자들에 대해서 DNA 결합 도메인과 단백질 상호작용 도메인을 확인하였다. 또 전사인자 데이터베이스와 프로모터 데이터베이스 검색으로부터 하위표적유전자에 대한 정보를 얻었다. 위와 같은 생명정보학적 분석 결과로부터 흥미로운 하위표적유전자를 갖는 3개의 전사인자로 목표를 압축할 수 있었다. 그 중에서 HNF4는 MPF 억제 조절자로 알려져 있는 Wee1 단백질 인산화 효소의 유사 유전자 프로모터 부위에 결합하는 전사인자이며, TBX2는 cdk 억제자 유전자의 발현을 억제하는 전사인자로 알려져 있어, 초기 난포발달 과정의 MPF 기능조절에 매우 중요한 역할을 할 것으로 사료된다. 결론: 본 연구는 생명정보학적 분석을 통하여 전사인자의 하위표적인자를 알아내고, 이를 이용하여 26개 전사인자 중에서 다음 연구를 위한 목표를 결정하는 접근방법을 제시했다는데 의미가 있다고 사료된다. 실제로 이렇게 결정된 전사인자들이 초기난포발달을 조절하는 분자생물학적 기전에 어떻게 관여하는지를 연구하기 위해서는 EMSA 등과 같은 실험적 증명을 통한 확인과 보충 연구가 필요할 것으로 사료된다. Objective: In the previous study, we complied the differentially expressed genes during early folliculogenesis. Objective of the present study was to identify downstream target genes of transcription factors (TFs) using bioinformatics for selecting the target TFs among the gene lists for further functional analysis. Materials & Methods: By using bioinformatics tools, constituent domains were identified from database searches using Gene Ontology, MGI, and Entrez Gene. Downstream target proteins/genes of each TF were identified from database searches using TF database ($TRANSFAC^{(R)}$ 6.0) and eukaryotic promoter database (EPD). Results: DNA binding and trans-activation domains of all TFs listed previously were identified, and the list of downstream target proteins/genes was obtained from searches of TF database and promoter database. Based on the known function of identified downstream genes and the domains, 3 (HNF4, PPARg, and TBX2) out of 26 TFs were selected for further functional analysis. The genes of wee1-like protein kinase and p21WAF1 (cdk inhibitor) were identified as potential downstream target genes of HNF4 and TBX2, respectively. PPARg, through protein-protein interaction with other protein partners, acts as a transcription regulator of genes of EGFR, p21WAF1, cycD1, p53, and VEGF. Among the selected 3 TFs, further study is in progress for HNF4 and TBX2, since wee1-like protein kinase and cdk inhibitor may involved in regulating maturation promoting factor (MPF) activity during early folliculogenesis. Conclusions: Approach used in the present study, in silico analysis of downstream target genes, was useful for analyzing list of TFs obtained from high-throughput cDNA microarray study. To verify its binding and functions of the selected TFs in early folliculogenesis, EMSA and further relevant characterizations are under investigation.

생명과학 문헌정보 네트워크 프로토타입 개발

안부영,송치평,Ahn, Bu-Young,Song, Chi-Pyoung 한국과학기술정보연구원 과학기술정보센터 2005 Journal of Information Science Theory and Practice Vol.36 No.2

국내 생명과학 관련 문헌정보는 PubMed와 같은 세계적인 의학 관련 문헌정보 서비스 목록에 8종 정도가 포함되어 있으며, 국내에 있는 문헌정보들도 여러 기관 산하 여러 개의 데이터베이스로 흩어져 있는 실정이다. 이에 생명과학 관련 연구정보의 신속한 획득을 위해 생명과학 관련 문헌정보를 하나로 통합하여 서비스하는 것이 필요하다는 바이오인포매틱스 센터 홈페이지 이용자들의 요구로 Open Access가 가능한 생명과학 관련 문헌정보를 수집하여 메타데이터 레지스트리를 구축하고 이용자들에게 서비스하고자 한다. 또한 생명과학 관련 주제별 Open Archiving Community를 구성하여 그 운영을 통한 연구자들 간의 정보교환을 유도하고, 더불어 논문뿐만 아니라 세미나 발표자료, 연구 노트, 연구보고서 등의 최신의 연구정보를 공유할 수 있도록 생명과학 문헌정보 네트워크 프로토타입 시스템을 설계하고 구현하였다. The eight types of Korean bibliographic information of biology and life science are included in PubMed that serves universal medical bibliographic information. Other domestic bibliographic information are served on its own format at different organizations. To fulfill the CCBB homepage user's request that it is necessary that integration of bibliographic service for quick acquisition of research information, we intends to construct metadata registry and service about bibliographic information of biology and life science. This paper describes the design and implementation of bibliographic information network prototype for biology and life science that can be used to share latest research result, seminar presentation data, research note, and research paper etc as well as to exchange information between researchers through Open Archiving Community.

Fact constellation 스키마와 트리 기반 XML 모델을 적용한 실험실 레벨의 단백질 데이터 통합 기법

박성희,이영화,류근호,Park, Sung-Hee,Li, Rong-Hua,Ryu, Keun-Ho 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지D Vol.11 No.3

유전자 및 단백질간의 복잡한 상호작용에 의해 기능이 결정되는 생명정보 데이터의 특성으로 인하여 생명정보 데이터 분석을 위해서는 이질적인 데이터를 통합적으로 분석할 수 있는 통합시스템이 요구된다. 따라서 이 논문에서는 생물학 실험실 레벨에서 단백질 구조 관련 데이터를 통합할 수 있도록 XML 모델기반에 웨어하우스 미디에이터 통합시스템을 제안한다. 제안 시스템은 fact constellation 모델을 기반하여 이질적인 소스에 대한 통합 모델링을 진행하고 통합 스키마를 XML 스키마로 변환하여 유지한다. 또한 통합 데이터베이스에 포함된 소스 데이터의 변경 및 출처에 대한 추적 관리를 위해 데이터의 점진적 갱신방법과 서열에 대한 버전관리를 이용한다. 실제로 이 시스템을 단백질 구조(PDB), 서열(Swiss-Prot)과 도메인 분류데이터(CATH) 통합에 적용한 통합 모델링 과정을 보여준다. With the explosion of bioinformatics data such proteins and genes, biologists need a integrated system to analyze and organize large datasets that interact with heterogeneous types of biological data. In this paper, we propose a integration system based on a mediated data warehouse architecture using a XML model in order to combine protein related data at biology laboratories. A fact constellation model in this system is used at a common model for integration and an integrated schema it translated to a XML schema. In addition, to track source changes and provenance of data in an integrated database employ incremental update and management of sequence version. This paper shows modeling of integration for protein structures, sequences and classification of structures using the proposed system.

마이크로어레이 데이터의 구조적 유사성을 이용한 효율적인 저장 구조의 설계

윤종한,신동규,신동일,Yun, Jong-Han,Shin, Dong-Kyu,Shin, Dong-Il 한국정보처리학회 2009 정보처리학회논문지D Vol.16 No.5

생명정보 대량 획득기술의 하나인 마이크로어레이(microarray)는 DNA와 각종 유전자 연구에 사용되는 도구로 확립되면서, 생명정보학(Bioinformatics)분야의 발전에 크게 기여하였다. 그러나 마이크로어레이는 생명정보학분야의 핵심기술 중 하나로 발전하였음에도 불구하고 실험으로 생성되는 데이터는 형태가 다양하고 매우 복잡한 형태를 갖기 때문에 데이터의 공유나 저장에서 많은 어려움을 겪고 있다. 본 논문에서는 마이크로어레이 데이터의 관리를 원활하게 하기위한 XML 기반의 표준 포맷인 MAGE-ML스키마에서 구조적으로 유사한 엘리먼트가 반복적으로 나타나는 특징과 대다수의 엘리먼트들이 특정 엘리먼트의 자식으로만 온다는 구조적 특징을 이용하여, MAGE-ML의 스키마를 단순화 하고 저장구조를 효율적으로 설계하는 방법을 제안한다. 이 방법에서 인라인 기법(Inlining Technique)을 이용한 스키마의 단순화와 새롭게 제시하는 엘리먼트의 구조적 형태를 기준으로 분류하는 기법을 이용한다. 이를 통하여 데이터베이스 스키마는 간략화 되며 테이블조인의 횟수가 줄어들고 성능은 향상된다. As one of typical techniques for acquiring bio-information, microarray has contributed greatly to development of bioinformatics. Although it is established as a core technology in bioinformatics, it has difficulty in sharing and storing data because data from experiments has huge and complex type. In this paper, we propose a new method which uses the feature that microarray data format in MAGE-ML, a standard format for exchanging data, has frequent structurally similar patterns. This method constructs compact database by simplifying MAGE-ML schema. In this method, Inlining techniques and newly proposed classification techniques using structural similarity of elements are used. The structure of database becomes simpler and number of table-joins is reduced, performance is enhanced using this method.

대조적인 지역 클러스터 식별

이건명(Sun A Lee),이선아(Kyung Soon Hwang),황경순(Keon Myung Lee),이찬희(Chan Hee Lee) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.18 No.1

마이크로어레이 데이터는 여러 샘플들의 대량의 유전자들에 대한 발현정도를 표현하며, 이에 대한 분석을 통해서 생명현상에 대한 이해와 분석이 이루어지고 있다. 생명현상이 유전자의 발현에 많은 영향을 받는 것이 알려져 있기 때문에 실험 샘플 집단내에서 또는 실험 샘플 집단간에서 발현 특성이 대조적으로 나타나는 유전자의 집단을 추출하는 것이 유용한 경우가 있다. 이 논문에서 관심영역으로 선택된 영역에 대해서 대조적인 패턴을 갖는 집단을 알고리즘적으로 선택하는 방법을 제안한다.

구간형 데이터 검정법을 이용한 유전자 탐색에 관한 연구

이성건 한국자료분석학회 2018 Journal of the Korean Data Analysis Society Vol.20 No.6

The methylation score, expressed as a percentage of the methylation status data derived from the iterative sequencing process, has a value between 0 and 1. It is contrary to the assumption of normal distribution that simply applying the t-test to examine the difference in population-specific methylation scores in these data. In addition, since the result may vary depending on the number of repetitions of sequencing in the process of methylation score generation, a method that can analyze such errors is also necessary. In this paper, we introduce the symbolic data analysis and the interval K-S test method which convert observation data into interval data including uncertainty rather than one numerical data. In addition, it is possible to analyze the characteristics of methylation score by using Beta distribution without using normal distribution in the process of converting into interval data. For the data analysis, the nature of the proposed method was examined using sequencing data of actual patients and normal persons. While the t-test is only possible for the location test, it is found that the interval type K-S statistic can be used to test not only the location parameter but also the heterogeneity of the distribution function. 본 연구는 생명정보학(bio-informatics) 분야 중, 특정 병에 관련된 유전자 위치를 찾고자 DNA 시퀀싱(DNA sequencing) 방법을 이용한 메틸화(methylation) 데이터의 분석에 관한 것이다. 반복적인 시퀀싱 과정을 통해 도출되는 메틸화 여부 자료를 비율로 표현한 메틸화 점수는 0과 1사이의 값을 가지게 된다. 이러한 데이터에 집단별 메틸화 점수의 차이를 검토하기 위해 t-검정을 단순히 적용하는 것은 정규분포의 가정에 위배된다. 또한 메틸화 점수 생성과정에서 시퀀싱의 반복수에 따라 결과가 달라 질 수 있으므로 이러한 오차를 고려해서 분석할 수 있는 방법도 필요하다. 이에 본 논문에서는 메틸화 데이터를 하나의 숫자 데이터가 아닌 불확실성을 포함하는 구간형(interval) 데이터로 변환하여 분석하는 심볼릭 데이터 분석(symbolic data analysis) 및 구간형 K-S 검정법을 적용하였다. 또한 구간형 데이터로 변환하는 과정에서 정규분포를 이용하지 않고 베타분포를 이용하여 메틸화 점수의 특성을 반영하여 분석할 수 있게 하였다. 자료분석을 위하여 174명의 실제 암환자 및 정상인들의 DNA 시퀀싱 데이터를 이용하여 제안한 방법의 성질을 살펴보았다. t-검정은 위치모수에 관한 검정만 가능한 반면, 구간형 K-S 통계량은 구간자료에 대해 위치모수뿐만 아니라 분포함수의 이질성에 검정할 수 있으므로 t-검정이 놓칠 수 있는 유의미한 유전자 위치를 찾아낼 수 있음을 확인하였다.

RIA 기반 DNA 서열 분석도구의 설계 및 구현

김명관,조충효 한국인터넷방송통신학회 2009 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.9 No.2

다차원 데이터의 일부 차원을 반영한 지역 클러스터링

이선아(Sun A Lee),황경순(Kyung Soon Hwang),이건명(Keon Myung Lee),이찬희(Chan Hee Lee) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.18 No.1

다차원 데이터들에 대한 거리지만 클러스터링에서는 데이터의 전체 차원을 고려한 거리 정보를 이용하여 근접한 것들을 인접하게 만든다. 마이크로어레이 데이터의 경우에는 일부 차원 관점에서 유사한 지역 콜러스터를 찾는 것이 분석에서 유용한 경우가 있다. 이 논문에서는 마이크로어레이 데이터에 대한 지역 클러스터를 찾는 방법을 제안한다.