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유전자 분석 자료에 의한 친자 및 혈연관계 분석시스템 개발 및 활용
Development and Applications of A Paternity and Kinship Analysis System Based on DNA Data 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.10, 2015년, pp.6715 - 6721  

구교찬 (단국대학교 산업공학과) ,  김선욱 (단국대학교 산업공학과)

초록
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최근 실종자, 변사자, 미아 등의 유전자 분석 자료는 지속적으로 증가하고 있으나, 현재 친자확인을 위한 통계학적 계산은 대부분 수기에 의하거나 엑셀을 통해서 이루어지고 있다. 따라서 유전자 분석 자료 중 상염색체 Short Tandem Repeat (STR)을 체계적으로 관리하고 효과적으로 분석할 수 있는 소프트웨어의 개발이 필요하다. 친자관계 및 혈연관계를 다양한 옵션 하에서 용이하게 분석하는 웹 기반 유전자자료 분석시스템이 광범위한 테스트 없이 약 20개월의 연구를 통해서 개발되었다. 친자관계 분석을 위해서 부계지수 계산 알고리즘을 사용하였고, 혈연관계 분석을 위해서 Identity by descent (IBD) 공식을 사용하였다. 이 시스템은 실제 데이터를 기반으로 혈연관계지수와 친자확률이 검증됨으로써 신뢰성이 확보됨은 물론, 대량 재난 재해 시 발생될 유전자 분석 자료의 관리 및 분석에 효과적으로 이용될 수 있을 것이다. 이 외에도 본 시스템은 데이터베이스와 알고리즘의 통합 환경, 사용자 중심 인터페이스, 프로세스 자동화 등 고급기능을 포함한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, DNA data of missing person, killed person, and missing child continue to increase but most of statistical calculation for paternity confirmation is being done through manual methods or Excel. Therefore, we need development of a software which is able to facilitate both systematic managemen...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 친자 및 혈연관계 확인 결과의 통계학적 검증을 위해, Lee 등[10]의 연구에 나오는 방법과 IBD 공식을 이용하여 유전자 분석 자료들 간에 비교 및 계산을 수행하는 지수계산 알고리즘을 이용하고 이를 활용하여 친자 및 혈연관계 분석시스템을 개발하였다. 본 시스템은 개인정보 및 유전자 분석 자료의 입력과정을 간소화하고, 전산망에서 출력된 자료를 직접 입력함으로써 업무 효율성과 정확성을 향상할 수 있도록 하였다. 또한, 사용자 편의를 위한 인터페이스로 업무 효율을 향상시켰으며, 실종자 · 변사자 · 미아찾기를 위한 데이터베이스를 쉽고 효율적으로 구축하고 관리할 수 있도록 하였다.
  • 본 연구에서는 친자확인 결과의 통계학적 검증을 통해서 과학적인 신뢰성과 정확성을 확보하고, 대량 재난 · 재해를 대비해서 방대한 유전자 분석 자료들을 대상으로 친자 및 혈연관계의 신속한 확인이 가능한 시스템을 개발하고자 하였다.
  • 웹 기반의 친숙한 인터페이스로 사용자가 쉽게 익히고 사용이 가능하도록 구성하였다. 입력된 샘플 간에 일대일, 부분 샘플을 선택, 전체 샘플 등에 대해 분석이 가능하도록 하였다. 또한 사용자가 마커를 추가하고 이를 이용하여 새로운 분석키트로 구성할 수 있게 함으로써 분석에 확장성도 높였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
STR의 특징은 무엇인가? STR은 돌연변이율이 높고 multiplex 분석이 용이하기 때문에 유전자 감식 분야에서 매우 널리 이용되고 있다[5]. FBI에서 1997년에 U.
유전자 분석 자료를 체계적으로 관리, 검증할 수 있는 시스템 개발이 필요한 이유는? 최근 실종자, 변사자, 미아 등의 유전자 분석 자료는 지속적으로 증가하고 있지만, 부계지수 등 친자 및 혈연관계 확인을 위한 통계학적 계산은 대부분 수기 또는 엑셀을 통해서 이루어지고 있어, 입력시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 입력과정에서 오류가 발생할 수 있다. 또한 사용자가 마커(Marker), 분석키트(Analysis Kit), 빈도표(Frequency Table)를 관리를 할 수 없고, 사전확률(Pre-Probability), 부분매칭(Partial Matching), 돌연변이(Mutation) 등의 다양한 분석옵션을 적응할 수 없어 분석이 제한적이다. 현재 경찰청에서 개발한 미아찾기를 위한 시스템이 있지만, 사용이 불편하고 시스템의 제한 때문에 유지관리가 어렵다. 최근에 국방부 조사본부에서는 6.25전사자유해에서 조사된 DNA 정보를 기반으로 하여 혈연관계를 확인하는 소프트웨어를 개발하여 발표하였다[1]. 해외에서 친자 및 혈연관계 확인을 위한 소프트웨어가 시판중이지만, 비용이 비싸고 국내에서 사용되고 있는 시스템과 호환시키는 것도 쉽지 않다[Table 1][2]. 따라서 지속적으로 증가하는 유전자 분석 자료를 체계적으로 관리하고 효과적으로 검증할 수 있는 시스템 개발이 필요하다[3,4].
표준 STR 마커로 선정한 마커는 어떠한 것들인가? STR은 돌연변이율이 높고 multiplex 분석이 용이하기 때문에 유전자 감식 분야에서 매우 널리 이용되고 있다[5]. FBI에서 1997년에 U.S. national DNA database (NDNAD)와 국제 범죄자 데이터베이스 구축을 위해 지정한 표준 마커인 13 CODIS (Combined DNA Index System) 마커를 포함하여[6,8], 국제적으로 상용화되어 가장 널리 쓰이고 있는 AmpFlSTR Identifiler (Applied Biosystems, USA)와 PowerPlex 16 (Promega, USA) 등에 포함된 17개 마커를 표준 STR 마커로 선정하였다[Table.2].
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참고문헌 (15)

  1. S. B. Hong, J. Y. Kim, H. J. Park, H. J. Ahn, "Database searching and kinship analysis system of STR and mtDNA data in Korean war remains", Korean journal of forensic science, Vol. 11, No. 1, pp. 12-18, 2010. 

  2. J. Drabek, "Validation of software for calculating the likehood ratio for parentage and kinship", Forensic Science International: Genetics, Vol. 3, No. 2, pp. 112-118, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.fsigen.2008.11.005 

  3. J. A. Riancho, M. T. Zarrabeitia, "A Windows-based software for common paternity and sibling analyses", Forensic Science International, Vol. 135, No. 3, pp. 232-234, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0379-0738(03)00217-2 

  4. K. F. Goodnight, D. C. Queller, "Computer software for performing likehood test of pedigree relationship using genetic markers", Molecular Ecology, Vol. 8, No. 7, pp. 1231-1234, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1046/j.1365-294x.1999.00664.x 

  5. J. M. Butler, "Genetics and genomics of core short tandem repeat loci used in human identity testing", Journal of Forensic Sciences, Vol. 51, No. 2, pp. 253-265, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1556-4029.2006.00046.x 

  6. J. M. Butler, "Forensic DNA Typing: Biology, Technology, and Genetics of STR Markers", Academic Press, 2005. 

  7. P. Gill, "Role of short tandem repeat DNA in forensic casework in the UK-past, present, and future perspectives", Biotechniques, Vol. 32, No. 2, pp. 366-385, 2002. 

  8. M. A. Jobling, P. Gill, "Encoded evidence: DNA in forensic analysis", Nature Reviews Genetics, Vol. 5, No. 10, pp. 739-751, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nrg1455 

  9. J. S. Buckleton, C. M. Triggs, S. J. Walsh, "Forensic DNA Evidence Interpretation", CRC Press, 2005. 

  10. H. J. Lee, J. W. Lee, G. R. Han, J. J. Hwang, "Motherless case in paternity testing", Forensic science international, Vol. 114, No. 2, pp. 57-65, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0379-0738(00)00293-0 

  11. H. J. Jin, K. D. Kwak, S. B. Hong, Y. H. Cho, M. S. Han, W. Kim, "Forensic Genetic Analysis for the PowerPlex-16 System in the Korean Population", Gene & Genomics, Vol. 29, No. 4, pp. 489-496, 2007. 

  12. M. S. Blouin, "DNA-based methods for pedigree reconstruction and kinship analysis in natural population", Trends in Ecology & Evolution, Vol. 18, No. 10, pp. 503-511, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0169-5347(03)00225-8 

  13. F. Dai, D. E. Weeks, "Ordered Genotypes: An extended ITO Method and a general formula for genetic covariance", The American Journal of Human Genetics, Vol. 78, No. 6, pp. 1035-1045, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1086/504045 

  14. T. Egeland, P. F. Mostad, B. Mevag, M. Stenersen, "Beyond traditional paternity and identification cases: Selecting the most probable pedigree", Forensic Science International, Vol. 110, No. 1, pp. 47-59, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0379-0738(00)00147-X 

  15. C. H. Brenner, "Multiple mutations, covert mutations and false exclusions in paternity casework", International Congress Series, Vol. 1261, pp. 112-114, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0531-5131(03)01843-0 

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