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연구의 목적 및 내용
1. 연구개발의 목적 및 필요성
동아시아 지역 인플루엔자 바이러스 유전자 DB 공유를 통하여 국내로 유입되는 인플루엔자 바이러스 변이주의 이동경로, 백신주 진화의 발생, 숙주면역계회피 및 약제내성 진화를 밝히고, 인플루엔자 바이러스 진화예측 모델을 제시하며, 동아시아 인플루엔자 네트워크를 구축하고자 함.
2. 연구개발의 내용 및 범위
- 동아시아 지역을 중심으로 한 인플루엔자 바이러스 유전자 분석을 통한 바이러스 진화패턴 연구를 수행, 인플루엔자 바이러스 진화 관련 인자 분석을 통해서 3D mapping 진화 예측 모델제시
- 국가 간 인플루엔자 바이러스 아형 변이주의 metapopulation의 진화를 재구성하여 계통지리학적 (phylogeographic) 분석방법 MIGRATE, BEAST, parsimony 등의 효율성 검증 및 올바른 해석법 도출 후 한국을 중심으로 한 바이러스의 이동 경로 파악
- 인플루엔자 바이러스 진화패턴에 영향을 미치는 인적, 물적 교류 등 사회경제적 요인, 집단 및 분자 유전학적 인자 파악
- 동아시아 중심으로 한 바이러스의 전파경로 상의 어느 시간/공간적 단계에서 백신주 아미노산 서열과 멀어지는 진화가 일어나는지 확인
- 바이러스 염기 치환의 시간적 군집지수 (index of dispersion)와 반복적 선택일소 (recurrent selective sweep) 현상의 분석을 통해 바이러스 유전체 전장의 자연선택 빈도와 재조합을 추정하고 적응진화 원인 돌연변이의 위치를 추정
- 동아시아 인플루엔자 바이러스 유전자 DB 공유를 위한 학술적·인적 네트워크 구축
연구개발성과
○ 인플루엔자 바이러스의 진화패턴 및 전파경로 연구를 통해서, 동아시아 지역 인플루엔자 바이러스 유전자 DB 공유의 중요성을 인식하고, 국내로 유입되는 인플루엔자 바이러스 변이주의 이동경로, 백신주 진화의 발생 및 인플루엔자 바이러스 진화예측 모델을 제시하였음.
○ 동아시아 인플루엔자 네트워크를 구축하기 위해서 한국, 중국, 일본 과학자라운드 테이블 회의와 심포지움을 2회에 걸쳐 개최하였으며, 동아시아 인플루엔자 데이터 공유의 필요성 및 장기적인 협력체계 구축을 위해서 긴밀한 협력과 2017년 동아시아 인플루엔자 학회 혹은 심포지움을 통해서, 인플루엔자 감염병 확대에 대한 동아시아적 인플루엔자 학회 혹은 심포지움을 통해서, 인플루엔자 감염병 확대에 대한 동아시아적 협력의 과학적 기반을 구축하기로 합의하였음.
○ 국내 인플루엔자 바이러스 아형 변이주의 metapopulation의 진화를 재구성하여 계통지리학적 분석방법의 효율성을 검증하고, 중국 북부와 남부가 분리되어 이중적 패턴을 보이는 인플루엔자 바이러스의 국내 이동 경로를 파악, 혼합된 clade에서 한국으로 유입되는 경우가 주로 많았으며, 남부 및 홍콩으로부터 한국으로 유입되는 경우도 있었음.
○ 인플루엔자 바이러스 진화패턴에 영향을 미치는 인적, 물적 교류 등 사회경제적 요인, 집단 및 분자 유전학적 인자를 파악, positive/negative selection 작용 수치를 정량적으로 계산함으로써, 이는 분자 및 생화학적 측면에서 고려하였을 때 바이러스 유전체의 보존성을 파악할 수 있게 해 줌. 또한 해로운 돌연변이를 가진 바이러스가 얼마나 많은 세대를 생산한 후 소멸하는 지를 밝힐 수 있게 되어, 인플루엔자 클러스터의 수명 예측에 도움을 줄 수 있게 됨.
○ 동아시아를 중심으로 한 바이러스의 전파경로 상의 시공간에서 백신주 아미노산 서열과 멀어지는 진화가 일어나는지 확인함으로써, 백신주의 선정에 대한 기초자료를 제공하여 국내 상황에 맞는 효과적인 백신주 선정에 도움을 줄 수 있을 것임. 특히 계절 변이주와 백신주와의 변이가 큰 문제 때문에 백신효능 감소 상황을 미리 예견하는데 활용이 가능할 것임.
○ 바이러스 염기 치환의 시간적 군집지수 (index of dispersion)와 반복적 선택일소 (recurrent selective sweep) 현상의 분석을 통해 바이러스 유전체 절편의 IOD값이 1보다 훨씬 높으며, 시뮬레이션에 negative selection을 추가할 경우 π값으로 나타나는 effective population size가 감소하는 것을 확인함. 또한 HA와 다른 절편간의 재조합 비율을 확인함.
연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 동아시아 인플루엔자 바이러스 유전자 DB 공유를 위한 학술적·인적 네트워크 구축을 통해서, 국내 유행주 분석으로 확인된 인플루엔자 바이러스의 유전자 변이 및 계통 분석을 통해 국내 관련 산업분야 (제약회사 등)의 경쟁력 상승에 기여하고, 향후 백신주 예측 기술의 수출 등으로 관련 산업분야의 경제적 이익 및 발전에 공헌할 것임.
○ 국가별 바이러스 분리주 서열 비교에 따른 변이주 예측을 통해 신종바이러스 출현 경보에 대한 지원기능으로 활용 가능하며, 인플루엔자 및 다른 바이러스의 전파경로를 규명하는 컴퓨터 시뮬레이션 분석 도구의 배포 및 숙주면역계 회피 및 약제내성 진화의 패턴을 파악하여 백신주 선정을 위한 진화방향 예측에 활용될 것임.
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