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I. 연구과제명
○ 주관과제명 : 환경성 폐질환 유발 유전체 조기진단 시스템 개발 연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
본 연구에서는 많은 비용과 시간을 필요로 하는 기존의 독성 평가 시스템의 단점을 극복한 차세대 위해성 평가 및 예측 기술인 오믹스(-omics) 기법을 기반으로 실제 환경 중에서 발생하는 환경 유해물질인 미세먼지 (PM2.5)와 휘발성유기화합물 (7종의 Aldehyde) 노출에 따른 환경성 폐질환 영향을 연구하고자 한다. 아울러 보다 효율적인 환경성 폐 질환 관련 위해성 분자적 지표의 탐색 및 검증, 환경유해물질 관련 위해성 기초데이터의 분석 및 예측 알고리즘 개발을 통한 DB 구축, 환경유해물질의 환경성 폐질환 위해성 영향 평가를 위한 유전자 기반 정량화 기초자료 확립 및 환경유해물질 노출에 따른 환경성 폐질환 관련 인체영향 모니터링이 가능한 진단 기술(Envi Pul-array, Envi Pul-qRT-PCR kit) 체계를 구축하고자 한다. 그 활용을 통하여 실생활 기반 환경유해물질 노출에 의한 환경성 폐질환 위해성 예측이 가능한 시스템 확립을 궁극적 목표로 한다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구에서는 총 5년의 연구기간에 걸쳐 아래 연구 개발의 내용을 통해 오믹스 기반 환경유해화학물질 노출 및 위해성 예측을 위한 최적의 플랫폼을 개발하고 확립하고자 하였다.
(1) 환경성 폐질환 관련 환경유해물질의 위해성 예측을 위한 오믹스 기반 생체 지표 발굴 및 검증 기술 개발
- 세포주 모델, 동물 모델, 인체 질환 모델 등의 다양한 실험 모델을 이용하여 환경유해화학물질(PM2.5, Aldehydes) 노출에 따른 발현 프로파일 확보 및 이를 통한 후보지표군 발굴
(2) 환경성 폐질환 관련 환경유해물질 노출의 사전예측을 위한 in vitro, in vivo, 인체 질환 모델의 오믹스 데이터 비교분석 예측 알고리즘 개발 및 Envi Pul-omics meta DB 구축
- 환경유해화학물질에 특이적인 생물지표를 컨텐츠로 활용하여 Envi Pul-omics meta DB 구축.
(3) 환경성 폐질환 관련 환경유해물질 노출평가를 위한 시스템 구축
- 환경유해화학물질에 특이적인 분자지표를 바탕으로 한 유전자 기반 정량화 기초자료 확립 및 구축된 독성유전체 통합 데이터베이스와 특이적 생물지표를 컨텐츠로 활용한 환경성 폐질환 관련 환경유해물질의 인체영향 모니터링 가능한 진단 기술(Envi Pul-Array, Envi Pul qRT-PCR kit 등) 개발. 개발된 시스템을 통해 노출된 환경유해화학물질군 및 향후 발병 가능한 질병 진단 예측이 가능해짐으로서 조기 위해성예측이 가능하고 식품 및 의약품 개발 분야, 환경·보건 분야 등 다양한 안전성분야에서 중요하게 이용될 것으로 사료됨.
IV. 연구개발 결과
본 연구에서는 환경성 폐질환 영향 연구에 있어 연구 선점효과가 높을 것으로 사료되는 대상물질로 미세먼지(PM2.5)와 휘발성 유기화합물(Aldehydes)을 선정하여 환경성 폐질환 영향을 연구하고자 하였다. 환경유해물질에 특이적인 유전체 및 후성유전체 생체 지표 발굴을 위한 기반 기술을 확립하여 in vitro, in vivo, 인체 시료에서의 노출에 따른 발현 변화 양상을 분석하여 각각의 모델에서 생체 지표를 확보하고 선별된 환경유해물질 특이적 생체 지표에 대해서 활용성 검증 및 관련 기전 규명 연구를 수행하였다. 이를 통해 최종적으로 환경성 폐질환 조기진단 Tool 시제품(Envi Pul-Array, Envi Pul-qRT-PCR kit)을 제작하고 통합 DB인 Envi Pul-meta DB를 구축하여 환경성 폐질환 유발 환경유해물질 노출에 따른 환경성 폐질환 조기진단 통합시스템을 개발하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획(기대효과)
환경성 폐질환 유발 유전체 비교 연구를 위해 오믹스 기법을 도입하여 in vitro, in vivo, 인체 폐질환 시료의 생체 지표를 비교 및 통합 분석하고, 민감도 및 정확성을 검증하여 환경유해물질(PM2.5, Aldehydes) 노출의 사전 예측 및 환경성 폐질환 조기진단용 chip인 Envi Pul-Array, Envi Pul qRT-PCR kit의 시제품 제작을 위한 컨텐츠로 활용하였다. 이를 기반으로 오믹스 기반 인체 적용 환경성 폐질환 조기진단 Tool 및 통합 DB를 설계 및 구축하여 환경성 폐질환-환경유해물질의 연계성 분석이 가능하도록 한다. 각 모델별 환경성 폐질환 조기진단 Tool (Envi Pul-Array, Envi Pul-qRT-PCR kit, Envi Pul-omics meta DB)은 지속적인 업그레이드 및 시스템 안정화를 통해 최적의 플랫폼 확립을 계획 중임. 또한, 본 연구에서 구축한 환경성 폐질환 유발 유전체 조기진단 시스템의 성능검증 실험을 바탕으로 앞으로 논의될 미래 첨단 위해성 평가 가이드라인 작성에 활용 가능할 것으로 사료됨.
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