태아의 염색체 이수성 검출을 위한 전장유전체 분석방법과 분석도구
초록/요약
저출산·고령화 현상으로 고령 임신이 증가하고 있으며 난임 부부들 또한 증가하고 있다. 이에 따라 태아의 염색체 이상이 있는지 등을 확인하기 위하여 임신 15주에서 20주 사이에 양수검사를 시행하는 산전진단 검사를 예비 부모들이 실시하고 있다. 그러나 이 검사는 유산이나 감염의 위험이 있어 난임을 극복한 부부에게 또 다른 불안을 안겨준다. 따라서 임산부의 혈액에서 추출한 세포유리 DNA (cell-free DNA)를 NGS (next generation sequencing) 기법을 이용하여 분석하는 비침습적 산전 검사(NIPT, non-invasive prenatal test)가 국내 산부인과 분야에 도입되었다. 이에 따라 고위험군 산모의 양수검사 수요가 감소하고 있으나 현재의 NIPT 검사 방법에는 여전히 오류가 있을 수 있다. 따라서 NIPT가 태아 염색체 이상을 확정적으로 확인하는 것은 아니라는 점에 유의하는 것이 중요하다. 이러한 한계를 조금이라도 극복하기 위한 의생명정보 분석 도구가 개발되었으며 건강한 아기의 출산을 지원하는 것을 목표로 한다. 또한 현존하는 공개된 NIPT 관련 분석 소프트웨어들은 NGS의 data processing의 결과인 bam (binary alignment map) 파일을 분석 프로그램의 input (입력)으로 사용하고 있다. 실험실과 검사실에서의 담당자들은 이 NGS의 data processing의 결과인 bam 데이터를 생성하기 위해 어려움과 혼란을 겪고 있다. 이에 실무 담당자들의 분석과 검사, 의사 결정에 도움을 주기 위하여 NGS의 data processing에 대한 각 단계 및 분석 도구들의 분석 방법과 분석 option 들을 정립하여 그에 따른 결과를 이 연구에서 제시하였으며 더 이상 NIPT 업무에서는 실무 담당자들이 혼란과 어려움을 겪게 하지 않기 위하여 이 분석 도구를 설계하였다. 또한 NGS의 data processing의 각 분석 단계들을 각각 분석하지 않고도 한 번에 분석할 수 있도록 NIPT용 자동화 python pipeline을 개발하였다. 다음 단계로는 현재 NIPT algorithm (알고리즘)으로 대표되는 read count 기반의 z-score 방식의 한계를 지적하고 조금이라도 더 FALSE 결과들을 극복할 수 있게 하는 algorithm (알고리즘)들을 설계하여 KF-NIPT 프로그램을 개발하였고 상당한 테스트를 하고 공개한다. KF-NIPT의 프로그램 이름은 k-mer 시퀀스의 K와 태아분획의 영문인 fetal fraction의 첫 알파벳(alphabet) F를 사용하였고 NIPT는 non-invasive prenatal test의 약어로 사용하여 생성한 응용 프로그램 이름이다. KF-NIPT는 파이썬(python) 컴퓨터 언어와 생물정보학 분석 도구들의 응용 프로그램 오픈 소스들을 활용하여 구현되었으며 Ubuntu (우분투) 22.04 Linux 64 서버 및 MS-windows 11의 WSL (windows subsystem for linux, Linux용 Windows 하위 시스템)의 Ubuntu (우분투) 20.04에서 개발 및 테스트 되었다. KF-NIPT의 소스 코드는 분산 버전 관리 시스템인 깃허브(www.github.com)의 (https://github.com/eastbrain/KF-NIPT)에서 활용이 가능하다.
more목차
제1장 서론 1
제2장 구현 6
2-1. 알고리즘과 데이터 처리 6
2-2. 연구재료 및 방법 12
2-2-1. NGS 데이터 처리 방법과 파이프라인 13
2-2-2. NIPT 데이터 세트 개발 및 활용 23
2-2-3. fetal fraction (태아분획) 분석도구와 분석 성능 평가 31
제3장 결과 38
3-1. KF-NIPT의 염색체 이수성 분석과 성능 테스트 결과 38
제4장 고찰 48
제5장 결론 50
참고문헌 51
영문 요약 53
