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10xGenomics CEO가 말하는 '단일세포 시퀀싱' 미래

입력 2018-12-05 11:04 수정 2018-12-05 11:09

바이오스펙테이터 장종원 기자

단일세포 분석으로 정밀의학 고도화..희귀질환 치료가능성도 상승..Serge Saxono CEO "후성유전체학 영역으로 확장"

▲Serge Saxonov 10x지노믹스 CEO

미국의 '10x Genomics'는 유전체 분야에서 일루미나 이후 가장 촉망받는 기업 중 하나다. 2012년 서지 삭소노브(Serge Saxonov) CEO와 연구자들이 창업한 10xGenomics는 정밀의학을 고도화하는 단일세포 시퀀싱(Single cell Sequencing)이라는 새로운 영역을 개척했다. 이 회사의 매출만 보더라도 2015년 332만달러에서 2748만달러(2016년), 7110만달러(2017년)로 성장세가 경이롭다. 지금까지 벤처캐피탈 등으로부터 투자받은 규모도 2억3800만달러에 이른다. 최근에는 유전자의 발현과 억제 현상을 연구하는 후성유전학 솔루션을 가진 Epinomics를 인수하면서 단일세포 시퀀싱의 영역을 확장했다.

단일세포 시퀀싱은 기존의 조직단위가 아닌 세포단위에서 유전체 연구를 수행하는 기술이다. 같은 조직 유래 세포라도 크기, 단백질 및 RNA 발현 양상이 크게 다를 수 있기 때문에 세포별 이질성을 확인하는 것이다. 단일세포 시퀀싱은 미생물 유전체 식별, 줄기세포 개대배양시 단일세포 유지 관련 연구, 유전적 염색체 역할 규명, 종양 이질성 이해 등 다양한 분야에서 각광받고 있다. 특히 종양 조직의 경우 암이 진행하는 동안 암세포들이 진화할 수 있어 단일세포 분석을 통해 세포별 특성을 분석, 치료에 적용할 수 있다. 2016년 10월 세포 수준에서 인체를 맵핑(mapping)한다는 ‘Human Cell Atlas(HCA) Project’가 시작되면서 단일세포 시퀀싱 기술은 빠르게 발전하고 있다.

서지 삭소노브(Serge Saxonov) 10xGenomics CEO는 최근 제주도에서 열린 'HCA Asia Meeting 2018'에서 바이오스펙테이터와 인터뷰를 갖고 단일세포 시퀀싱의 중요성 및 연구동향, 유전체 산업의 미래 등을 소개했다. 이번 인터뷰는 10xGenomics 솔루션의 국내 유통을 책임지는 다온비에스가 도움을 줬다.

서지 삭소노브 CEO는 "유전자 발현과 같은 생물학을 연구하는 가장 정확한 방법은 단일세포 수준에서 분석하는 것이다. 생물학은 세포와 세포사이의 변화를 연구하는 학문이기 때문"이라면서 "단일세포 시퀀싱 연구는 현재 초기단계지만 많은 연구자들이 흥미로운 연구성과를 내고 있다"고 설명했다. 그는 최근 브로드연구소가 단일세포 분석을 통해 선천성 질환인 낭포성섬유증(cystic fibrosis) 치료의 단서를 얻은 연구결과를 설명하기도 했다.

서지 삭소노브 CEO는 단일세포 시퀀싱의 허들인 비용 문제와 관련해서는 "단일세포 연구가 가져오는 엄청난 생물학적 가치를 생각할때 결코 비싸지 않다"면서 "다만 10xGenomics는 단일세포 분석의 비용을 줄이는 솔루션을 제공해 연구자들을 도울 계획"이라고 설명했다. 그는 바이오텍 창업자에 대해서는 "훌륭한 사람들과 일하는 것에만 집중해야 한다. 훌륭한 인재를 채용해야 한다는 것에는 절대 타협하면 안된다"고 강조했다.

다음은 서지 삭소노브 CEO와의 일문일답이다.

-단일세포 시퀀싱 연구가 가지는 의미는 무엇인가

▲세포는 생물학의 기본이 되는 단위이다. 유전자 발현과 같은 생물학을 연구하는 가장 정확한 방법은 단일세포 수준으로 분석하는 것이다. 왜냐하면 생물학은 세포와 세포 사이의 변화이기 때문이다. 하지만 이전까지는 이러한 연구를 할 방법이 없었지만 10xGenomics 제품이 출시된 이후 가능해졌다. 이전 연구자들의 조직단위 분석은 세포를 깨뜨리고 시료를 사용해 평균값을 확인하는 것이었다. TV화면으로 생각하면 전체 이미지를 보는 것이 아니라 모든 픽셀의 평균값을 하나의 점으로 보는 것이다. 이 방법으로 얻게 되는 정보는 극히 제한적이다. 생물학, 분자생물학, 세포생물학 모두 세포 수준에서 연구돼야 하며 단일세포 연구는 매우 필수적이다. 단일세포 시퀀싱을 활용한 연구는 현재 초기 단계지만 많은 연구자가 흥미로운 연구결과를 내놓고 있다.

-최근 인상적이었던 단일세포 시퀀싱 연구 결과는

▲10xGenomics의 기술을 사용한 많은 흥미로운 논문이 나오고 있다. MIT-하버드의 브로드연구소(Broad Institute)는 최근 폐와 폐내의 여러 세포에 대한 단일세포 분석을 통해 예상하지 못한 새로운 세포타입(cell type, Ionocyte)을 발견했다. 놀라운 것은 이 Ionocyte가 폐에서 굉장히 독특한 CFTR 유전자를 발현한다는 점이다. 이 유전자는 완치법이 없는 선천성 질병인 낭포성섬유증(cystic fibrosis)에 관여한다. 이번 단일세포 연구를 통해 구체적인 타겟이 생긴 것이다. 이 질병을 치료하기 위해서는 이 세포에 대해서만 접근하면 되고 다른 것은 필요하지 않게 됐다. 기본적인 단일세포 연구를 통해 임상적으로 매우 중요한 문제를 해결하는 단서를 얻었다.(참고 : https://hms.harvard.edu/news/new-lung-cell-type-discovered)

또한 미국 프레드허친슨 연구소(Fred Hutchinson Institute)는 암 세포의 면역관문억제제 반응을 연구했다. 연구팀은 전이성 메르켈세포암(MCC, Merkel cell carcinoma) 환자 2명에 CD+8 T세포와 면역관문억제제를 투여했다. (MCC는 MCPyV에 의해 유발되는 피부암) CD8+T세포 경우 면역관문억제제 투여 후 메르켈세포 폴리마바이러스(MCPyV)에 대한 HLA-B를 인지한 T세포다. 22개월 후 종양은 재발했다. 항원 탈출기작이 발생한 것이다. 연구팀은 단일세포 RNA 시퀀싱 분석을 통해 저항성을 획득한 시점에 선택적으로 HLA-B의 손실이 있다는 것을 밝혀냈다. 그것은 전사(transcriptional)되고 가역적(reversible)인 특징을 나타냈다. 또한 HLA-A CD8+T세포 및 ICI로 치료한 환자에서 MCC는 HLA-A 손실로 18개월 후 재발했다. 저항성과 관련해 항원 손실의 탈출 메커니즘을 확인한 결과다. 이를통해 HLA ClassI의 전사 억제는 면역치료제 약물 내성과 관련될 수 있다는 가능성을 확인했다. 이는 더 개선된 면역치료법을 디자인하는데 도움이 될 것이다. (참고 : https://www.nature.com/articles/s41467-018-06300-3.pdf)

▲일반 RNA-Seq과 Single Cell RNA-Seq 차이점. 테라젠이텍스 제공.

-단일세포 시퀀싱 연구의 허들인 높은 비용 해소법은

▲단일세포 분석을 통해 '얼마나 가치 있는 결과를 얻을 수 있는가'로 생각한다면 결코 비용이 많이 든 것이 아니다. 결과로 얻은 정보를 바라보는 시각의 차이다. 단일세포 연구를 진행하면 모든 세포에 대한 다양한 시야를 얻게 되고 매우 방대한 정보를 갖게 된다. 다만 우리는 단일세포 시퀀싱 비용을 줄일 수 있는 'single cell gene expression v3'을 출시했다. 이 제품을 통해 연구자는 모든 세포에 대한 시퀀스를 줄여 전체적인 실험비용을 줄일 수 있게 된다.

-10xGenomics가 Epinomics를 인수하게 된 이유는

▲우리는 근본적인 분석을 할 수 있는 제품을 만드는 것에 집중한다. 그래서 후성유전학과 후성유전체학은 매우 중요한 분야 중 하나라고 생각한다.(참고 : 후성유전학은 DNA 염기서열 자체의 변화가 아닌 DNA 주변환경에 의해 유전자의 발현에 영향을 미치는 양상을 연구하는 분야로 이를 유전체 차원에서 연구하는 것을 후성유전체학(Epigenomics)이라고 한다) 유전체가 하드웨어라면 후성유전체는 소프트웨어라고 할 수 있다. 특정 세포에서 유전적인 요인과 환경적인 요인에 의해 어떤 일이 일어났는지를 밝히는 연구다. 인류는 수십년동안 후성유전체학 연구하기 위해 노력했고 최근에 'ATAC-seq'라는 기술이 개발돼 연구자들이 후성유전체를 연구할 수 있게 됐다. 우리는 서로 다른 세포는 서로 다른 후성유전체를 갖기 때문에 이를 측정하는 최선이자 최적의 방법은 단일세포 수준에서 확인하는 것이다. ATAC-seq 개발자들이 설립한 Epinomics 인수를 통해 새로운 솔루션(The Chromium Single Cell ATAC)을 내놓게 됐다. 우리는 이 팀, 제품, 분야에 집중적인 투자를 할 것이다. 매우 흥미로운 연구결과가 나올 것으로 기대된다.

-이번에 한국을 방문한 이유와 아시아 시장의 잠재력은

▲아시아는 우리에게 매우 중요하고 반드시 투자돼야 하는 지역이다. 회사 규모가 작았을때는 한계가 있었지만 지금은 많은 것을 할 수 있다. 이번 한국 방문은 아시아 지역 투자 및 확장을 위한 첫걸음이다. 한국은 매우 많은 기술이 있고 특별한 고객이 있다. 그 결과물이 ‘Human Cell Atlas ASIA meeting’이다. 우리는 인류를 위한 세계적인 개발에 투자하고 싶고 한국은 그러한 연구자들이 있는 곳이다. 한국 시장은 아직은 규모가 작지만 훨씬 커질 것으로 본다. 한국 파트너인 다온비에스와 일하게 돼 기쁘다.

-최근 일루미나가 팩바이오를 인수하는 등 유전체 시장에 큰 변화가 있다

▲유전체 분야는 굉장히 빠르게 변화하는 산업이다. 일루미나가 팩바이오(퍼시픽바이오사이언스)를 전격 인수한 것은 누구도 예상하지 못한 결과다. 일루미나의 팩바이오의 인수는 앞으로 더 많은 시퀀싱이 이뤄질 것이기 때문에 전체적으로 좋은 일이라고 생각한다. 일루미나는 팩바이오의 기술력에 더 많은 투자를 할 것이다. 더 많은 시퀀싱 연구가 진행되고 더 많은 애플리케이션이 구축될 것이다. 서로 다른 회사가 모든 것을 공유하고 투자한다는 것은 굉장히 흥미로운 일이다. 10xGenomics 역시 앞으로 계속 전진할 것이다.

-(유전체 분야 등) 바이오텍 창업자에게 하고 싶은 조언은

▲모든 회사에 대한 조언이기도 하다. 첫번째는 훌륭한 사람들과 일하는 것에 집중해야 한다. 내부적으로 훌륭한 인재를 채용하는 것에 절대 타협하면 안된다. 외부적으로는 훌륭한 파트너들과 작업해야 한다. 이것이 회사를 설립하는데 거의 모든 것이다. 또한 현재 시기는 유전체학(Genomics)과 관련 기술이 발전하면서 가치있는 성과를 내고 있다. 앞서서 빠르게 행동할 필요가 있다. 세상에는 흥미롭고 할 수 있는 일이 많다.

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