본 연구는 진화론적으로 연관된 단백질이나 DNA 서열들의 공통 특징, 즉 모티프와 도메인을 찾고 이를 분류하는 것에 초점을 맞추었다. 이 과정은 두 가지 단계로 나뉜다: 첫째, 주어진 서열 데이터 집합에서 대표하는 서열이나 서열 모델, 모티프 및 도메인을 추출하고 둘째, 특정 모티프나 도메인의 존재 여부를 확인하기 위해 공개용 데이터베이스를 검색한다. 연구자들이 인터넷 상의 다양한 분석용 리소스를 효과적으로 활용하기 위해 모티프 및 도메인 통합 검색 시스템을 개발하였고, 이를 통해 연구 효율성을 극대화할 수 있을 것으로 예상하였다.
<p>서로 이질적인 분자생물학과 전산학을 근간으로 다양한 학문분야가 접목된 생물정보학은 고전적인 생물학적 기법으로부터 대용량 기법으로의 전환을 야기하고 있다. 생물정보학에 의한 올바른 유전자 기능분석 및 예측은 고전적인 생물학적 기법에 의한 신규 유전자 발굴 및 기능규명을 위해 요구되는 엄청난 비용을 절감하고, 또한 실험적으로 검증하기까지 소요되는 많은 시간을 획기적으로 단축시켜 줌으로써 지대한 경제적 파급효과를 줄 수 있다. 이러한 유전자 기능 분석에는 유전자 구조 예측, 전사관련 신호부위 및 관련단백질인자 결합영역 예측, 프로모터 영역 예측, 단백질상의 특정 기능부위 예측, 기존의 핵산 및 단백질 서열 데이터와의 상동성 비교 등이 기본적으로 요구되며, 이러한 분석 결과들은 신규유전자 발굴 및 기능분석에 중요한 실마리를 제공한다. 이 중에서도 진화론적으로 유관한 단백질이나 DNA 서열들이 기능 및 구조적으로 공유하는 공통의 특징에 대한 생물학적 실체인 모티프(Motif) 및 도메인(Domain)에 대한 검색은 유전체의 기능분석과 분류에 중요한 역할을 한다. 앞으로 이 분야의 지식기반이 확대됨에 따라 향후에는 그 비중이 더욱 더 커질 것으로 전망된다.</p> <p>모티프 및 도메인 검색은 크게 두 가지 의미를 가진다. 첫째는 주어진 서열데이터 집합으로부터 그 집합을 대표 할만한 서열이나 서열모델, 즉 추정되는 모티프 및 도메인을 찾아내는 것이다. 정렬된 서열 데이터 집합을 입력으로 하거나, 정렬되지 않은 서열 데이터 집합을 입력으로 하여 그 집합을 대표할 수 있는 서열 및 서열모델을 만드는 다양한 알고리즘들이 세계적으로 이미 개발되어 사용되고 있다. 이러한 알고리즘들은 정규표현(Regular expression), 프로파인(Profile), 가중치 매트릭스(Weight matrix), 다중정렬(Multiple alignment), 정보이론(Information theory), EM(Expectation Maximization), 깁스 샘플링(Gibbs sampling), HMM(Hidden Markov Model) 등에 기반을 두고 있으며, 대표적인 실례가 MOTIE, MKDOM, MEME (Mutiple EM for Motif Elicitation), Meta-MEME 및 EMOTIF 등이 있다. 이러한 알고리즘을 기반으로 모티프 및 도메인 관련 다양한 데이터베이스들이 구축되어 운용되고 있는 실정이다. 둘째는 주어진 서열이 특정 모티프나 도메인을 갖고 있는지 여부를 기존 공개용 데이터베이스를 대상으로 검색하여 관련된 데이터베이스 정보들을 찾는 것이다. 일반적으로 널리 사용되는 가장 대표적인 해당 데이터베이스로는 PROSITE, PRINTS,SMART, InterPro, Pfam, TIGRFam, 및 PRODOM 등이 있다. 이들 데이터베이스는 각기 조금씩 다른 이론적인 배경이나 기준에 따라서 데이터를 분류하기 때문에 나름대로 개별적인 특색을 지니고 있다. 그러나 일반 연구자들이 검색결과를 직관적으로 이해하기에는 상당히 복잡하고 난해하다. 개별 데이터베이스의 특색을 최대한 반영하면서 동시에 통합적 검색이 가능한 서비스는 현재로서는 없는 실정이다. 또한 해당 데이터베이스와 연동되는 다양한 분석 도구들이 존재하나 상호간에는 유기적으로 연동되지 않는다. 다시 말하면, 개별 데이터베이스 별로 독립적인 사이트에서 독자적으로 운용되고 있기 때문에 사용자들이 통합적이고 총체적인 분석을 하기 위해서는 해당 사이트들을 일일이 찾아 옮겨 다니면서 검색하고, 검색 결과를 요약해야 하는 어려움이 있기 때문에 체계적이고 유기적인 검색을 위한 통합 시스템의 개발이 절실하다고 말할 수 있다.</p> <p>이러한 측면에서 이 논문은 첫번째 사안이 아니라 두번째 사안에 대해 다루고 있다. 즉, 산재해 있는 활용 가능한 다양한 리소스들을 통합화하여 체계적이고 효율적인 모티프 및 도메인 검색을 할 수 있는 통합 시스템 개발에 대해 다루고자 한다. 이러한 시스템을 개발하기 위해 산재해 있는 모티프 및 도메인 관련 개별 데이터베이스의 핵심 부분만을 취합하여 로컬 데이터베이스화하고 단일 웹 인터페이스를 통해 통합하였고, 해당 데이터베이스에 딸린 개별 분석 도구들을 단일 웹 인터페이스 하에 통합하였으며, 단일 웹 기반 통합 인터페이스 상에서 검색 및 분석결과를 쉽게 이해할 수 있도록 일목요연하게 정리하여 사용자에게 보고하도록 시스템을 구현하였다. 국내 유전체 및 단백질 연구자들이 보다 효과적으로 활용할 수 있는 모티프 및 도메인 통합 검색 시스템을 구축함으로써 일반 연구자들이 인터넷 상에 산재해 있는 다양한 분석용 리소스들을 최대한 활용할 수 있어 개별 연구수행의 효율성을 극대화 시킬 수 있을 것이다.</p>