KR20020080626A - 프로테옴 데이터 제공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차원적 전기영동장치로부터 비롯된 단백질에 대한 특정 지리적 위치 및 양적정보와 단백질이 가지고 있는 임상적 정보 및 질환정보와의 관계 분석을 통해 산출된 질환 특이적인 프로테옴(단백질군) 데이터베이스를 구축하는 입력 방법 및 그리고 분석방법에 관한 것으로서, 특히 이차원적 전기영동장치로부터 산출된 단백질군(Proteome)의 특정 질환과의 관련여부를 추출하는 것이 적합하도록 실제 샘플 및 실험에서의 모든 데이터를 종합적으로 입력, 관리하고 분석하게 만들어 프로테옴 데이터베이스를 구축하는 전자화된 실험과정의 프로테옴 데이터베이스 구축장치 및 방법, 그리고 그 분석방법에 관한 것이다.

Description

프로테옴 데이터 제공 장치 및 방법{Providing Apparatus and Method for Proteome Data}

본 발명은 프로테옴 데이터 제공에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 고도로 체계화된 단백질 군에 대한 기초적인 자료 및 임상적 자료를 효과적으로 데이터베이스 화하여, 이를 웹(WWW)을 통해 실시간으로 실험자에게 제공함으로써 프로테옴(단백질군) 연구에 필수 불가결한 시료자료의 정리 및 시료에 대한 임상정보, 실험정보 및 단백질 군 이미지 정보 및 스팟 정보를 복합적인 분석방법 하에 위치시켜 이를 분석할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

인간유전체프로젝트가 선진국에 의해 완료된 현재, 유전체와 관련된 생물정보들은 수초단위로 유전자정보들이 추가되면서 급속하게 팽창하고 있다. 그러나, 일련의 유전체연구결과는 연구중반시점에서 인간유전자의 개수로 예시된 유전자의개수(100,000개)보다 훨씬 적은 수인 35,000개에서 40,000개 밖에 되지않는 것을 보이고 있다. 이로써, 많은 관련 연구자들은 생물을 생명상태로 유지하는 것이 유전자가 직접적으로 생명현상을 제어하는 것이 아닌, 유전자로부터 비롯된 단백질 단계에서 이들 생명현상을 조절한다고 조심스럽게 예측하고 있으며, 또한 단백질에 대한 연구에 더욱 많은 노력을 기울이고 있다.

단백질 연구는 유전자 연구에 비해 많은 제약을 받고 있는 것이 현실이다. 단백질은 일단 유전자(DNA)로부터 전사(transcription) 및 번역(translation)된 산물(아미노산의 사슬화집합체)이기 때문에, 쉽게 복제가능한 유전자에 비해 복제가 매우 어렵거나 현실적으로 불가능하다. 그러한 이유로 단백질에 대한 시료는 실제 단백질을 생산해내는 생명체에서 직접적으로 채취하여 얻을 수 밖에 없으며, 더구나 인간 단백질 시료를 얻기 위해서는 여러 가지 윤리적, 기술적 제약을 받을 수 밖에 없다. 이처럼 한정적인 실험자원을 가지고 실험하기 위해서는 시료에 대해 정확한 정보와 임상관련 정보를 보다 집약적이고 고도화된 시료관련 데이터베이스에 입력하여 이를 실험의 목적에 정확히 맞는 시료를 골라 실험하여야 한다.

또한, 일차원, 이차원 전기영동장치로부터 비롯된 단백질군의 판별은 일단의 젤 상태에서 분리된 단백질에 대해 단백질 검출법을 통해 이를 가시화하고, 이에 대한 컴퓨터 이미지를 획득하여 이를 컴퓨터에서 상용화된 분석 소프트웨어(예, Melanie III, PDQuest 등)을 통해 단백질군(프로테옴)에 대한 스팟정보(X축 위치 및 Y축 위치의 지리적 정보와 O.D.:꼭지점에서의 광학적 밀도 및 Vol.: 특정 값 이상의 범위위의 부피정보 및 하나의 %O.D.: 특정 단백질 스팟에 대한 전체 단백질스팟의 상기 광학적 밀도 및 %Vol.: 부피정보비)를 확인하고, 이를 분석해야 하는데, 한 장의 젤에서 1000 여개 이상의 단백질 스팟에 대한 정보가 산출되기 때문에, 이에 대한 분석을 하기 위해서는 이미지 정보를 종합, 분석할 수 있는 데이터베이스가 필수불가결하다.

그리고, 이들 단백질 정보를 분석하므로써, 정상 시료와의 비교를 통해 특이하게 과발현되거나, 발현되지 않는 단백질 스팟을 찾아 이에 대한 단백질을 MALDI-ToF(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight)과 같은 펩타이드 질량분석장비를 이용하여 질량지문을 획득, 젤 상에 과별현되거나 발현되지 않은 질환 특이 단백질에 대해 알아내고, 젤 이미지 위에 단백질 정보에 대한 주석을 ExPASy와 같은 프로테옴 데이터베이스에 연동시켜 확인할 수 있게 하며, 이들 특이 단백질들에 대한 임상정보 및 실험정보와의 연관성을 그래프화 하여 실험자, 입력자 및 관찰자로 하여금 특정단백질에 대한 임상정보 및 시료정보와의 연관성을 쉽게 판독하여 신약개발, 진단시약 개발 등에 응용 할 수 있게 하는 데이터베이스는 전 세계적으로 본 발명 외에 보고된바 없다.

그러나, 종래에는 이들 단백질 군에 대한 연구를 위한 이차원적 전기영동법에 따른 단백질의 분획 이미지를 분석하는 상용화된 프로그램(예, Melanie III, PDQuest 등)이 존재하고 있으나, 이들 프로그램을 이용해 산출되는 각종 스팟 정보들이 효율적으로 시료정보, 임상정보 등과 연계할 수 있는 데이터베이스 프로그램은 전무한 상태이다.

또한, 시료정보, 임상정보, 실험정보 등을 저장, 관리, 운영하는 실험정보관리 데이터베이스인LIMS(Lab. Information Managemet System) 등이 미국의 Applied Biosystems 등에서 개발되어 판매되고 있고, Workbases라는 본 발명과 유사한 프로테옴 데이터베이스가 미국의 Bio-Rad사에서 개발되고 있는 중이나, 본 발명에서 제시한 각 입력정보와 실험결과정보에 대한 복합적인 분석이 가능하지 않고, 이들 개별적인 데이터베이스는 위에서 언급한 바와 마찬가지로 이차원 젤 위의 단백질 스팟정보와 시료정보, 임상정보 등과 상호 연동되지 않아, 이들 텍스트 기반 시료정보, 임상정보 등의 변화에 따르는 단백질 스팟 변화의 양상이 효율적으로 분석되지 아니하는 문제가 있다.

더욱이, ExPASy의 SWISS 2D-PAGE에서는 이차원적 전기영동법에 따른 단백질의 분획 이미지에 본 발명에서 제안하고자 하는 시료정보, 임상정보 등과의 상호연동이 배제된 상태의 단백질 정보(Accession number, Name, MW, pI, Sequence 등)만을 웹을 통해 제공하고 있다. 물론 이 SWISS 2D-PAGE의 정보는 단백질의 표준화된 명명법(단백질 별 고유번호 부여) 및 관련 데이터베이스로써 전세계 관련 연구자 및 연구그룹에게 무상으로 제공되고 있는 정보이며, 이들의 데이터포맷은 단백질에 대한 정보의 표준화 형태를 가지고 있다. 그러나, SWISS 2D-PAGE에서도 어떤 특정 질환과의 연동사항 및 임상정보 등과의 연동성은 전혀 존재하고 있지 않으며, 단순한 젤 이미지 위에 상호연동이 배제된 상태의 단백질 정보만을 주석으로 달고 있을 뿐이어서, 특정질환에 대한 특정단백질의 분석에는 적합하지 않다.

마찬가지로, Web을 통한 이미지 분석 tool로써 NCBI의 Flicker 시스템이 운영되고 있는데, 이는 실험자가 작성한 이차원적 단백질 분획 젤 이미지를 인터넷을통해 Flicker 시스템 내의 Master 젤 이미지와 상호 비교가 가능하게 한다. 하지만, 여기서도 각종 시료정보, 임상정보 등과 연동이 되어 있지 않아, 특정 질환에 대한 특정 단백질에 대한 정보를 얻을 수 없는 단점이 있다.

결론적으로, 현재까지의 해당 분야에서의 컴퓨터 시스템을 이용한 이차원적 전기영동장치로부터 비롯된 단백질 분획의 분석은 한장의 젤 이미지 또는 다수의 젤 이미지에서 스팟을 추출하고, 추출된 스팟들을 각각의 스팟들에 대한 상대적인 혹은 절대적인 X, Y 좌표축을 기준으로 같은 단백질에 해당되는 스팟 들을 연결시켜 분석하는 형태로 발전하였다. 그러나, 이러한 같은 단백질에 대한 분석은 한번의 분석과정에서 사용하는 젤 이미지의 개수에 따라 제한을 받으며, 동시에 100개 이상의 젤 이미지를 분석하는 기능을 갖추지 못하였다. 또한, 이들 상용화된 단백질 분획 분석 프로그램들은 자체적으로 시료정보 및 임상정보 등에 대한 데이터베이스와 연동되지 아니하기 때문에 분석된 결과값이 시료정보, 임상정보, 실험정보 등과 어떤 관계가 있는 지를 규명할 수 없는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 보완하고자 이차원적 전기영동장치로부터 비롯된 단백질 분획 젤 이미지와 스팟정보 이미지 데이터베이스와 시료정보, 임상정보, 실험정보 등 텍스트 기반 데이터베이스의 효과적 입출력 시스템과 분석시스템을 제공할 수 있는 프로테옴 데이터 제공장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 On-Line Mode 구축부의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 데이터 흐름을 나타낸 도면.

도 3은 그룹화 의 예를 나타낸 플로우챠트.

도 4는 도 3에 도시된 이러한 이차원 단백질 분획 젤 이미지 및 스팟정보의 예를 나타낸 도면.

도 5는 특정 단백질의 스팟정보를 단백질 분획 젤 이미지위에 수동 저장하는 방법을 나타낸 플로우챠트.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 단백질의 스팟정보, tm팟의 단백질에 대한 펩타이드의 분자량을 MALDI-ToF로 측정하여 인터넷 공개 생물정보학 데이터베이스 서버에서 추출한 단백질의 고유번호 및 펩타이드 분자량정보 및 스펙트럼 등의 관련 정보, 타 젤 이미지 스팟과의 연관정보를 단백질 분획 젤 이미지 위에 스팟과 연관시켜 자동으로 저장하는 방법을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 분석부 중 특정 종, 조직에 대한 표준 젤 이미지를 통한 분석시스템의 구성 및 분석방법의 예를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스팟 양적정보 분석 및 출력 단계를 나타낸 플로우챠트.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

21 : 웹브라우저24 : 웹서버

25 : 시료정보데이터베이스28 : 실험정보데이터베이스

32 : 결과데이터베이스

상술한 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명의 특징에 의하면, 프로테옴 데이터 제공 장치는 의과대학 및 병원,동물실, 실험실 등에서 새로운 생물시료가 채취되면, 상기 시료에 대한 시료정보를 인터넷 또는 인트라넷을 통해 시료정보 데이터베이스에 기초정보(종, 조직, 시료의 출처 등), 상세정보(시료의 I.D., 중량, 부피, 시료를 채취한 환자의 병원기록번호 등), 시료의 질환정보 및 시료에 대한 의학적 소견을 기록한 전문가 조언 임상정보를 시료의 원발점에서 또는 특정 지점에서 분리저장하고 각 시료에 대해 일련번호를 부여하고 바코드 형식 표시를 출력하는 제 1단계와;

보유 시료 데이터베이스에서 각 시료를 질환별, 기초정보, 상세정보, 전문가 조언 임상정보를 검색조건으로 하여 실험자가 요구하는 특정 실험과정에서의 필요성 조건을 합하여 자동분석한 후, 각 시료를 실험군과 대조군으로 자동분류하고 그룹화하고 그룹번호를 부여한다. 또한, 이에 대한 각종 시료정보를 포함하는 실험시트를 자동으로 출력하고, 각 실험마다 특정한 실험번호를 부여하는 제 2단계와;

단백질의 일차원, 이차원 전기영동분리방법 및 단백질 검색법 등의 실험정보를 수동입력 또는 실험기기와 네트워크로 연결하여 미세 실험조건 및 시간별 기기조정상태를 포함한 자동 입력하고 이상유무를 분석하여 실험의 성공여부를 판단하게 하는 제 3단계와;

단백질의 이차원적 전기영동 젤 이미지를 획득하여 분석하고, 이에 따른 이미지 및 단백질 스팟 정보를 수동입력 또는 이미지 및 단백질 스팟정보가 입력되어 있는 분석 소프트웨어 결과 파일을 디코딩하고 데이터베이스 형태로 인코딩하여 또는 이와 반대인 데이터베이스내의 정보를 디코딩하고 이를 소프트웨어 결과 파일내 인코딩 할 수 있는 데이터변환기를 이용해서 상기 정보를 자동 입력하고 출력하는 제 4단계의 제 1서브단계와;

단백질군을 보다 빠른시간에 많은 양의 실험을 할 수 있는 단백질 분리 및 분석 신기술인 ICATTM(Isotope Coded Affinity Tag) 또는 MDLC(Multi-Dimensional Liquid Chromatography) 또는 상기 두 신기술을 복합한 형태 및 개발중에 있는 단백질군 분석 신기술 적용의 실험에서 산출되는 정보를 디코딩하고 데이터베이스 형태로 인코딩하는 제 4단계의 제 2서브단계와;

기타 단백질 분석실험을 통하여 산출되는 정보를 입력하고 출력하는 제 4단계의 제 3서브단계와;

특정 조직의 표준 이차원 단백질 분획 젤 이미지위에 특정 위치의 단백질에 대해서 여러가지 구분가능한 색환 또는 색도형을 표시하여 실험자가 요구하는 상기한 질환정보 및 시료에 대한 전문가 조언 임상정보 및 기타 실험정보와 이차원적 전기영동장치로부터 비롯된 특정 지리적 위치를 갖는 단백질 스팟의 양적정보(꼭지점에서의 광학적 밀도 및 특정 값 이상의 범위위의 부피정보 및 하나의 특정 단백질 스팟에 대한 전체 단백질 스팟의 상기 광학적 밀도 및 부피정보비)와의 연관성을 실험자가 직관적으로 판단하게 하고, 상기한 특정 단백질을 식별하고 유전자 정보, 변형정보 등에 접근할 수 있게 SWISS-PROT 등과 같은 인터넷 공개 생물정보데이터베이스로부터 상기 단백질에 대한 해당 페이지를 자동으로 출력하는 제 5단계의 제 1서브단계와;

상기 단백질에 대한 임상정보 및 기타 실험정보와의 통계적 연관성을 나타내게 하는 챠트출력양식 및 표양식을 출력하는 제 5단계의 제2서브단계와;

특정 조직 및 특정 질환에서의 특정 단백질의 과발현 및 저발현과 동시에 또는 반대 양상을 나타내는 타 단백질군을 분석하여 출력하여 특정 조직 및 질환에서 나타나는 단백질-단백질간의 연관관계를 추정 할 수 있는 근거를 제공하는 제 5단계의 제 3서브단계와;

상기 데이터베이스의 전체 스키마를 재구성하는 데이터웨어하우스를 장치하여 보다 유연한 데이터간의 연관관계를 알아볼 수 있는 제 4서브단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에서 기술하는 프로테옴(단백질군) 데이터베이스는 다수의 실험자가 Off-line에서 실제 시료를 이용한 실험을 실시하고, 결과를 저장하고, 분석하는데 있어, On-line 상에 같은 단계의 데이터베이스 및 추가적인 분석장치를 구성하여, 체계적으로 각 실험자 보유 시료에 대한 관련 정보를 저장하고, 실험결과를 수동 저장 또는 자동 저장하고, 실험자가 의도하는 분석결과를 산출하기 위한 자동 분석장치 및 출력장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 On-Line Mode 구축부의 구성을 나타낸 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웹 브라우저를 통하여 실행되는 구축기(21)를 통하여 시료정보(22)를입력한다. 입력된 시료정보는 네트워크(23)를 통하여 웹 서버(24)로 전달되며, 상기 웹 서버(24)는 정형 및 비정형 데이터에 대한 시료 데이터 정보를 시료정보 데이터베이스(25)로 구축하고 시료준비정보를 시료준비정보 데이터베이스(26)로 구축한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 데이터 흐름을 나타낸 구성도로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

웹 브라우저(21)를 통해 정보를 입력하고(S201), 코드상에서 SQL 질의문을 완성하여(S203), PHP를 통해 질의를 인터넷 혹은 인트라넷 네트워크(23)를 통해 웹서버에 전달한다(S204). 웹서버(24)에서 PHP 코드를 컴파일하여 질의문을 획득하고, DBMS(데이터베이스관리시스템)(207)에게 질의문을 전달한다. 데이터베이스관리시스템(207)은 프로테옴데이터베이스(208)로부터 질의결과를 추출하고, 데이터베이스관리시스템 내부적으로 추출된 결과를 가져오는 PHP 함수를 사용하여 데이터를 웹서버(24)에 전달하고, 웹서버(24)에서는 PHP 코드를 컴파일하여, 클라이언트에게 컴파일 결과를 전달한다. 그러면 결과 값은 HTML 문서(S209)에 추가되어 웹 브라우져에 출력된다.

이어서 도 3을 참조하여 그룹화 단계를 상세히 설명한다.

실험자가 상기한 네트워크(23) 및 웹 서버(24)를 통해 시료 자동선택장치(27)의 구동을 요청하고 검색조건을 입력하면(S301), 시료자동선택장치(27)는 도명에 도시된 트랜잭션 알고리즘에 의해 시료정보 데이터베이스(25) 중 조건에 적합한 시료를 종별, 조직별, 질환별, 성별, 나이별로 자동으로분류하여(S303) 실험자가 선택가능한 리스트를 출력하고(S304), 실험자가 임의로 리스트 중 선택하거나 상기 검색조건에서 자동선택기능을 선택하였을 경우 자동으로 선택된 시료(S305)에 대해 고유한 그룹번호를 부여하고(S306), 그룹화를 계속 수행할 것인지에 확인한다(S307). 이때 계속 수행한다는 명령을 보낼 경우에는 스텝 S301에서 S307까지를 반복하게 하여 또 다른 조건에 적합한 시료를 선택하게 한다. 한편, 더 이상 그룹화를 수행하지 않을 경우에는, 스텝 S301에서 스텝 S306 또는 S307까지 그룹화되어 그룹번호가 부여된 시료에 대하여 동일한 실험번호를 부여하고(S313), 포함된 시료에 대한 시료의 기초정보(시료준비번호, 시료의 I.D., 단백질 농도, 시료 부피, 시료 위치정보)를 시료정보 데이터베이스(25) 및 시료준비정보 데이터베이스(26)로부터 추출하여(S314), 새로이 부여된 그룹번호와 실험번호와 트랜잭션 실시시간을 기록하여 실험 정보 및 기록지를 자동으로 출력한다(S315).

상기 실험번호에 포함된 시료들에 대한 각각의 실험조건(실험시간, 실험에 사용한 완충용액 및 기타 정보 등)을 1-D 와 2-D 실험조건 데이터베이스(28)에 수동 입력하고, 실험에 사용되는 기기를 네트워크로 연결하여 실제 실험시 생성되는 미세조건변화량(전기영동장치에 시간대별 실제 전하 총량)을 실험조건 데이터베이스(28)에 자동 저장한다.

Off-Line 상에서 일차원, 이차원 전기영동 단백질 분리실험 일차원(개별 단백질의 고유한 성질인 특정 pH하에서 단백질의 전체 전하량이 0가 되는 성질을 이용한 단백질 분리 방법, Iso-Electric Focosing) 및 이차원(개별 단백질의 고유한성질인 분자량 차이에 따른 단백질 분리 방법, Sodium Dodecyl Sulfate - Poly Acrylamide Gel Electrophoresis) 전기영동 단백질 분리방법과 단백질 검색법을 통해 단백질 분획 젤을 획득하고, 이를 컴퓨터가 인식가능한 이미지로 변환하며, 이 이미지를 이미지 분석 프로그램(Melanie III 또는 PDQuest)을 이용해서 이차원적 전기영동 단백질 분획 젤 이미지(401)와 이미지 위의 단백질 스팟에 대한 이미지 위의 고유 스팟번호(405), 지리적 정보(402) 및 양적 정보(403; O.D.:꼭지점에서의 광학적 밀도 및 Vol.: 특정 값 이상의 범위위의 부피정보 및 하나의 %O.D.: 특정 단백질 스팟에 대한 전체 단백질 스팟의 상기 광학적 밀도 및 %Vol.: 부피정보비)를 획득하여 실험결과 데이터베이스(31)에 이미지와 연관되게 수동 저장장치(30) 또는 이미지 및 스팟정보 자동입력장치(31)을 이용해서 상이한 이미지 분석 프로그램으로부터 추출된 상기 정보를 자동 저장한다.

또한, MALDI-ToF과 같은 펩타이드 질량분석기를 이용해서 특정 단백질로부터 유래된 펩타이드들의 질량을 획득하고, 이 질량값을 인터넷에 공개되어 있는 생물정보학 데이터베이스 서버에 질의하여 얻어진 특정 단백질에 대한 고유번호(S404; SWISS-PROT Accession No.)를 획득하여 특정 조직 및 특정 질환의 이차원 전기영동방법에 의해 분리한 단백질 분획 젤 이미지위의 특정 단백질에 대한 정보값으로 실험결과 데이터베이스(31)에 입력한다. 상기한 고유번호는 특정 단백질에 대한 세계적으로 통용되는 공통번호로써 인터넷에 공개되어 있는 생물정보학 데이터베이스에서 보편적으로 인식가능한 고유번호이다. 또한, 본 프로테옴(단백질군) 데이터베이스 시스템에서 별도의 다른 젤 이미지 위의 같은 지리적 위치를 갖는 특정 단백질을 인식하고 분석작업에 사용하는 매핑시 중요한 키이값(S404)의 의미를 갖는다.

도 4는 도 3에 도시된 이차원 단백질 분획 젤 이미지(S401) 및 기타 관련정보의 예시를 나타낸 것이다.

또한, 프로테옴 분석 신기술인 ICAT(Isotope coded affinity tag)과 MDLC(Multi Dimensional Liquid Chromatography) 및 이들 두 신기술을 같이 사용한 방법 및 기타 단백질 분석 실험의 실험조건 및 실험결과도 기타결과자동입력장치 (30)를 통하여 실험결과 데이터베이스(31)에 저장한다.

도 5는 특정 단백질의 스팟정보를 단백질 분획 젤 이미지위에 수동 저장하는 방법을 도식으로 나타낸 것이다.

네트워크(23) 및 웹 서버(24)를 통해 TIF 또는 BMP 이미지 파일 형태의 단백질 분획 젤 이미지를 업로딩하면(S501), 웹에서의 출력 또는 분석이 가능하도록 하기 위해서 공개된 convert 명령어를 이용한 이미지 변환처리기(502)가 자동 구동되며, JPG 또는 GIF로 자동변환된 이미지 개체(503)는 자동으로 웹 서버를 통해 클라이언트의 화면에 출력하게 하고, 이미지의 왼쪽 상단을 원점으로 하는 pixel 단위 좌표값이 자동생성되고, 실험자가 특정 단백질 스팟을 마우스로 클릭하면, 클릭과 동시에 X축, Y축의 위치정보를 가지는 스팟정보 개체가 생성되며, 단백질 스팟 양적정보(401~403) 및 단백질 고유번호(404) 및 해당 젤 이미지위의 단백질 스팟번호(405)를 입력하게 된다(S505). 이어서 특정 단백질에 대한 스팟정보입력을 계속할 것인지에 대해 자동질의하고(S506), 계속을 선택(507)하면 스텝 S504~S506을 반복하게 한다. 스팟정보 입력을 중지하는 아니오를 선택하면, 상기 젤 이미지를 특정 종, 조직의 마스터 젤 이미지로 선택하라는 질의가 출력되고(S509), 선택하였을 경우 상기 이미지를 특정 종, 조직의 마스터 젤 이미지로 선택하여, 이후 분석과정에 마스터 젤 이미지로 사용하게 된다. 선택하지 않을 경우 별다른 스위치 없이 자동으로 해당 트랜잭션을 중지하게 된다(S511)

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 단백질의 스팟정보(401~405), 상기 스팟의 단백질에 대한 펩타이드의 분자량을 MALDI-ToF로 측정하여 인터넷 공개 생물정보학 데이터베이스 서버에서 추출한 단백질의 고유번호 및 펩타이드 분자량정보 및 스펙트럼 등의 관련 정보, 타 젤 이미지 스팟과의 연관정보를 단백질 분획 젤 이미지 위에 스팟과 연관시켜 자동 저장하는 방법을 도시한 것이다.

실험자가 Off-Line이나 On-Line 상에서 단백질 젤 이미지 분석 프로그램(601)을 이용하여 이차원 단백질 전기영동 젤 이미지(602)를 분석장치(603)에서 분석하여 단백질 젤 이미지 및 이미지 분석결과파일(단백질 분획 젤 이미지, 스팟정보, 타 이미지위 스팟과의 연관정보 포함)를 출력한다(S604). 상기 프로그램으로 처리되는 부분과 결과에 대해 본원 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 이미지 분석결과 파일을 인터넷 및 인트라넷 네트워크(23)를 통하여 이미지 분석결과 파일 개체분리장치(606)에 전송한다. 이미지 분석결과 파일개체 분리장치(606)은 상기 스텝 S604를 분석하여 이미지(607), 타 젤 이미지 스팟과의 연관정보(608), 스팟정보(609)의 개체로 분리하여 저장한다. 또한, MALDI-ToF의 펩타이드 분자량 정보 및 스펙트럼 등의 관련 정보와 상기 관련 정보를 인터넷 공개 생물정보학 데이터베이스 서버에서 추출한 단백질의 고유번호(610)를 결과자동분석입력장치(611)을 이용하여 개체를 인식, 분리하여 스팟정보 DB(609)에 저장한다. 또한, 기타 단백질 분석실험 결과(612)도 결과자동분석입력장치(613)를 이용해서 개체별로 스팟정보(609)에 입력한다. 그 후 스텝 S614에서, 상기 스텝 S607 내지 스텝 S613에서 분리되어 입력된 개체들의 연결 관계를 결정지어 결과 데이터베이스(32)에 입력하여 특정 이미지 중 하나의 스팟개체를 통하여 나머지 개체를 검색할 수 있는 기능을 수행할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로테옴(단백질군) 데이터베이스의 분석부 중 특정 종, 조직에 대한 표준 젤 이미지를 통한 분석시스템의 구성 및 분석방법을 나타낸 것으로서, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

네트워크(23) 및 웹 서버(24)를 통해 결과분석장치 및 자동출력장치(33)중 표준 젤 분석시스템을 가동하면(S701), 종, 조직에 대해 한정하여 검색 할 수 있는 입력창(702)을 출력하고, 이에 대해 특정 종, 특정 조직의 내용에 대해 결과 정보 데이터베이스에 질의하면, 결과 정보 데이터베이스(32)에서 특정 종, 조직의 표준 젤이 있는지를 검색하게 된다(S703). 검색조건에 합당한 표준 젤이 있는지를 검색하고, 결과정보 데이터베이스에서 마스터 젤 배경이미지를 추출하여, 화면에 출력하고(S705), 상기 특정 종, 조직의 실험군, 대조군, 오차범위 백분율의 입력창(706)이 생성되어 상기 내용을 표준 젤 분석장치(707)에 입력하면, 표준 젤 분석장치(706)는 결과정보 데이터베이스(32)에서 상기 정의된 특정 종과 조직의 실험군(예시, 질환을 가지고 있는 그룹)과 대조군(예시, 정상그룹)에 현재까지 입력저장된 모든 스팟정보를 검색하여 추출하고, 표준 젤 분석장치(707)에 임시 저장하며, 저장된 스팟개체들을 분석하여 같은 단백질 고유번호를 가진 스팟정보를 그룹화하여 임시 저장한다(709). 상기 고유번호별 스팟 양적정보 데이터의 개수는 특정 종, 조직의 결과 데이터베이스내에 저장되어 있는 고유번호의 개수와 일치한다.

임시 저장된 고유번호별 스팟 양적정보(710~713)는 실험군/대조군 분류장치(714)에 의해 실험군(715)과 대조군(716)으로 분리 저장되고, 다음과 같은 식으로 스팟의 양적정보를 분석하게 된다.

스팟 양적정보 분석장치(717)에서 임시 저장된 고유번호별 및 군별 스팟 양적정보(715, 716)에 대해 실험군 양적정보 평균값(718), 대조군 양적정보 평균값(719), 실험군 표준편차(720), 대조군 표준편차(721), 실험군 고유번호 개수(722), 대조군 고유번호 개수(723)를 계산하여 임시 저장한다.

특정 고유번호에 대한 실험군 양적정보 평균값(718)을 A라 하고,

특정 고유번호에 대한 대조군 양적정보 평균값(719)을 B라 하면, 도 8에 도시된 바와 같이,

{( A - B ) /( A + B) } x 100(%) = 오차범위 백분율 값(724)을 C라 하고,

상기 대조군 오차범위 백분율 입력창(706)에서, 상기 입력된 오차범위 백분율 값을 D라 하면,

다음과 같은 5가지의 경우가 나온다.

1)C = 100

2)D < C < 100

3)D < C < +D

4)100 < C < D

5)C = -100

이의 각 경우별 정의는 다음과 같다.

1)C = 100, 특정 고유번호에 대하여 실험군만 해당 양적 정보가 있을 경우,

2)D < C < 100, 특정 고유번호에 대하여 실험군의 해당 양적 정보가 대조군의 양적 정보보다 오차범위 이상 클 경우,

3)D < C < +D, 특정 고유번호에 대하여 실험군 및 대조군의 양적정보가 오차범위 내에 있을 경우,

4)100 < C < D, 특정 고유번호에 대하여 실험군의 해당 양적 정보가 대조군의 양적 정보보다 오차범위 이상 작을 경우,

5)C = -100, 특정 고유번호에 대하여 대조군만 해당 양적 정보가 있을 경우.

상기한 각 경우에 따라 표준 젤 배경이미지(705)위에 상기 특정 고유번호를가지는 단백질 스팟의 X축과 Y축에 대한 지리적 정보를 표준 젤 이미지와 연관되어 있는 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟정보에서 추출(725)하여 배경이미지 위에 여러 다른 클릭가능한 색환(Color ring)을 표시한다(726). 만약 표준 젤 이미지와 연관되지 않는 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟을 표시할 경우는 상기 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟정보를 검색하여 지리적 위치정보를 추출(S727)하고, 평균하여 표준 젤 배경이미지에 분석결과를 여러 다른 클릭가능한 색환으로 출력한다(S728).

이러한 특정 단백질 스팟에 대한 분석은, 사용자가 특정 종, 조직의 실험군, 대조군, 오차범위 백분율의 입력창(S706)이 생성되어 상기 내용을 표준 젤 분석장치(S707)에 입력하는 시점에 자동으로 특정 종, 조직의 실험군, 대조군에 입력되어 있는 모든 단백질 스팟에 대해서 실시하게 된다.

또한, 표준 젤 이미지에 여러 다른 클릭가능한 색환으로 표시된 부분을 클릭하게 되면, 단백질에 대한 이름 및 유전자 정보와 같은 단백질 정보를 저장하고 있는 인터넷 공개 생물정보학 서버로부터 상기 단백질에 대한 정보를 추출하여 화면에 출력하여, 실험자로 하여금 본 프로테옴(단백질군) 데이터베이스에서 획득할 수 없는 유용 단백질 정보 및 유전자 정보에 접근하게 하는 관문을 제공한다.

그리고, 표준 젤 이미지에 여러 다른 클릭가능한 색환으로 표시된 부분을 클릭하게 되면, 다음과 같은 두 종류의 차트를 출력할 수 있다.

챠트 1) 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟의 양적정보를 Y축에 평균값과 표준편차값으로 표시하고, 시료정보별 분류를 X축으로 표시한 막대그래프 및 표

상기한 챠트 1은 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟의 양적정보와 시료정보별(예시, 질환별, 성별, 나이별) 분류 및 임상정보 붕 숫자로 표기되지 아니한 일반 임상정보 분류(예시, 암의 진전도 분류, 암의 전이여부 분류 등)에 대한 연관성을 판단할 수 있는 그래프로써, 도식화된 그래프를 이용해 실험자가 직관적으로 특정 고유번호를 가지는 단백질에 대한 시료정보별, 임상정보별 연관성 및 결과 신뢰도를 쉽게 판독할 수 있다. 또한, 표를 통해서 그래프에 대한 내용, 즉 양적정보의 평균값(S718, S719)과 표준편차값(S720, S721), 단백질 스팟 개수(S722, S723)를 숫자로써 확인할 수 있다.

챠트 2) 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟의 양적정보를 Y축으로 표시하고, 시료에 대한 전문가 조언 임상정보 중 숫자로 표기된 임상정보를 X축으로 표시한 점그래프 및 함수그래프 및 신뢰도

상기한 챠트 2는 특정 고유번호를 가지는 단백질 스팟의 양적정보와 시료에 대한 전문가 조언 임상정보 중 숫자로 표기된 임상정보에 대한 연관성을 판단할 수 있는 그래프로써, 입력된 스팟의 개수만큼 그래프위에 점으로 표기되게 된다. 이러한 점들의 분포를 통계분석을 통해 함수 및 신뢰도의 계산이 가능하고, 이러한 계산결과는 그래프와 함께 출력되어 실험자가 직관적으로 연관성 및 신뢰도에 대해서 확인가능하다.

또한, 단백질-단백질간 연관관계 및 네트워크에 대해 판단할 수 있는 분석방법으로, 상기 분석을 특정 단백질의 클릭 이벤트시에 작동되는 것을 특정 종, 조직에 대한 전체 스팟에 대해 자동으로 분석하게 하여, 산출되는 신뢰도에 따라 선택적으로 보고, 출력가능하게 하는 시스템을 이용하고, 클릭 이벤트 혹은 자동화 시스템을 통해 산출되는 특정 단백질에 대한 양적정보에 대한 다른 단백질의 양적정보의 변동사항을 자동으로 검토하여 보고하는 시스템이 사용가능하다.

또한, warehouse의 구축으로 좀더 체계적이고 필터링 효과를 기대할 수 있는 분석이 가능하다. Warehouse는 전체 스키마를 재구성하여, 주제별로 teble을 만들어, 이 각각의 table이 fact table인 point의 정보를 갖는 table로 모인다. 이런 방법으로 warehouse의 스키마는 구성이 되어있으며, 도면 참고.

처음 분석을 하려 할 때, 사용자는 총 다섯개의 카테고리중 선택을 할 수 있고(물론 중복 선택이 가능하다.) 선택된 카테고리에서 검색 필드를 선택하고, 검색조건을 입력한다. 검색 결과에는 depth의 개념을 두어 좀더 요약된 수준으로의 검색 또한 가능하다. 이 부분은 다양한 검색과 분석을 위해 만들어진 부분이므로, 검색 결과에 대해서 앞에서 언급되었던 기능들을 모두 갖고 있다.

상술한 바와 같이 프로테옴(단백질군) 데이터베이스를 이용한 시료 기초정보 및 상세정보, 시료에 대한 의학적 소견을 기록한 전문가 조언 임상정보, 시료준비정보, 실험정보, 이미지 및 이미지 위 단백질 스팟 지리정보 및 양적정보 관리 장치 및 방법에 따르면, 실험자는 실험한 특정 질환의 시료의 이차원적 전기영동장치로부터 비롯된 특정 단백질의 상기 정보들을 정상 시료의 동일 단백질과 통계적으로 비교 분석하여 특정 질환에 따른 특정 단백질의 과발현 또는 미발현에 대한 사항을 실시간으로 알 수 있다. 또한, 프로테옴(단백질군) 분획 이차원적 전기영동실험을 위한 전자화된 실험과정의 관리장치로 사용된다.

따라서, 이러한 특정 질환에 직접 관련된 특정 단백질은 특정질환의 진단 단백질 혹은 단백질의 기능을 밝히는 추가 실험을 통하여 신약개발용 목표 단백질로 사용가능하며, 지금까지 신약개발을 위한 단계 중 제일 많은 시간(~10년)과 노력이 필요한 특정 단백질을 스크리닝하는 단계를 대폭 줄일 수 있으며, 이에 따라 특정 질환(예, 암, 고지혈증)에 대한 신약개발을 촉진시키는 역할을 담당할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 서버와 클라이언트를 가지며 데이터 네트워크를 사용하여 단백질 정보 데이터베이스에 접속하고, 웹 상에서 실험자가 보유중인 시료에 대한 기초 정보, 상세 정보, 상기 시료에 대한 의학적 소견을 기록한 전문가 조언 임상정보 및 시료준비정보를 저장하고, 질의어를 통해 실험대상을 판별하며 그룹화하며, 이에 대한 단백질군 분리 실험방법 및 결과를 텍스트, 전체 이미지 및 이미지내 스팟에 대해 분석한 결과를 포함하여 저장하고, 이를 데이터베이스 시스템 내의 분석장치를 이용하여 산출된 특정 단백질의 기초 정보 및 임상정보와의 연관성을 출력하는 프로테옴(단백질군) 데이터베이스 시스템에 있어서,

   다수의 보유 시료에 대한 기초정보 및 상세정보, 상기 시료에 대한 의학적 소견을 기록한 전문가 조언 임상정보, 시료준비정보를 데이터베이스로서 저장하기 위한 저장장치의 제 1단계와;

   보유 시료 기초정보 및 상세정보 내용을 수동 또는 자동검색하여, 이를 실험군과 대조군으로 나누어 그룹화하고 이를 실험 시트로 출력하는 제 2단계와;

   단백질의 일차원, 이차원 전기영동방법 및 단백질 검색법 등의 실험정보를 저장하는 제3단계와;

   일차원, 이차원 단백질 전기영동이 끝난 시료를 단백질 검색법으로 가시화 시켜, 이를 컴퓨터가 인식가능한 이미지로 바꾼 후, 이에 따른 이미지 및 단백질 스팟 정보를 수동입력 또는 자동입력 및 출력할 수 있는 이미지 및 관련 정보 입출력장치의 제 4단계와;

   상기 제 3단계 및 상기 제 4단계에서 분리된 개체들의 연결관계를 단백질 스팟단위 또는 사용자가 원하는 임의단위로 분석하는 분석장치 및 출력장치의 제 5단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1단계는 새로운 시료를 입수하면, 상기 시료에 대한 기초정보(종, 조직, 시료의 출처 등)와 동일시점에 수령한 시료의 개수를 입력하고 고유번호를 부여하는 제 1서브단계와;

   동일한 기초정보를 가지는 시료에 대한 상세정보(시료의 I.D., 중량, 부피, 시료를 채취한 환자의 병원기록번호, 병명 등)을 입력하게 하는 제 2서브단계와;

   상기 시료에 대한 의학적 소견을 기록한 전문가 조언 임상정보를 입력하게 하는 제3서브단계와;

   상기 시료에 대한 실험준비정보를 저장하는 제4서브단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2단계는 보유 시료 기초정보 및 상세정보 데이터베이스 저장내용을 검색식을 이용하여, 실험하고자 하는 조건에 맞는 시료만을 추출하는 제 1서브단계와,

   이를 실험군과 대조군으로 나누어 grouping하고, 각 그룹번호 및 동일 실험번호를 부여하는 제 2서브단계와,

   상기한 제1서브단계와 제 2서브단계를 체계적인 실험 시트로 출력하는 제 3 서브단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3단계는 동일 실험번호를 가진 두개 이상의 그룹번호를 가지고 있는 시료들의 일차원적, 이차원적 전기영동방법과 단백질 검색법에 대한 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4단계는 일차원, 이차원 단백질 전기영동이 끝난 시료를 단백질 검색법으로 가시화 한 단백질 분획 이차원 전기영동 젤을 컴퓨터가 인식가능한 이미지로 바꾼 후, 이에 따른 이미지 및 분석된 단백질 스팟 정보(X축, Y 축의 지리적 정보, 특정 단백질 스팟에 대한 양적정보(꼭지점에서의 광학적 밀도 및 특정 값 이상의 범위위의 부피정보 및 하나의 특정 스팟에 대한 전체 스팟의 상기 광학적 밀도 및 부피정보비)를 자동 또는 수동 입력 및 출력할 수 있는 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 5단계는 상기 제 3단계 및 상기 제 4단계에서 입력된 개체들의 연결관계를 각 조직별 마스터 이미지 위에 자동 분석하여 특정 단백질 스팟위에 여러 색환(Color ring)으로 나타내어 사용자가 조직별 이미지의 질환별 패턴 변화 및 특정 단백질 스팟의 질환별 중요도를 직관적으로 판단하게 하는 마스터 이미지 분석장치의 제 1서브단계와;

   마스터 이미지 위의 특정 단백질스팟에 대하여 상기 제 3단계 및 상기 제 4단계의 특정 정보들과의 연관성을 볼 수 있는 챠트 분석장치의 제 2서브단계와;

   특정 위치에 존재하는 단백질 스팟에 대한 정보를 인터넷에 공개되어 있는 생물정보학 데이터베이스에서 추출하여 보여주는 출력장치의 제 3서브단계와;

   특정 질환의 경우 특이하게 과발현 또는 저발현되는 단백질 군에 대한 종합적인 전체 데이터베이스 스키마를 재구성하여 주제별 테이블로 만들어 데이터의 체계적 분석 및 요약된 수준으로의 검색이 가능하게 하여 보다 다양한 검색과 분석을 하게 하는 데이터웨어하우스의 제 4서브단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 처리 수단은 상기 입력 수단 및 출력 수단과 원격지로 연결되는 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 입력 수단 및 출력 수단은 상기 인터넷 또는 인트라넷 상에 구현된 웹 페이진인 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 처리 수단은 상기 인터넷 또는 인트라넷 상에서 구현된 웹 데이터베이스 서버인 것을 특징으로 하는 프로테옴 데이터 제공 방법.