데이터 과학자로서의 생물정보학

 

바이오 데이터 분석에서의 직무 분류와 역할 정의

 

이전 글에서는 데이터 과학에서의 직무 분류를 다루었습니다.

 

2024.08.25 - [Data Science] - 데이터 과학에서의 직무 분류

데이터 과학에서의 직무 분류

 

최근 많은 바이오 회사들이 차세대 염기서열 분석(NGS, Next-Generation Sequencing) 기술의 발전에 따라 방대한 데이터를 생성하고 있으며, 이를 효과적으로 다룰 수 있는 생물정보학(Bioinformatics)의 필요성을 절감하고 있습니다. 이에 따라 관련 부서를 신설하는 경우가 많지만, 실제 데이터 분석 실무자로서 보면 바이오/메디컬 데이터를 다루는 방식과 일반적인 데이터 분석 업계에서의 접근 방식에 차이가 존재하는 경우가 많습니다. 따라서, 이번 글에서는 바이오/메디컬 데이터를 다루는 데이터 과학자(Data Scientist), 데이터 분석가(Data Analyst), 그리고 데이터 엔지니어(Data Engineer)의 역할을 재정의해 보려 합니다.

 

 

생물정보학과 데이터 과학의 유사점과 차이점

 

생물정보학을 공부할 때 처음 마주하는 데이터 과학자의 직무 분류 그림을 떠올려 봅시다. 여기에서 도메인을 "Biology"로 바꾸면 거의 비슷한 직무 분류가 나타납니다. 예를 들어, 생물정보학자는 생물학적 데이터를 분석하기 위해 데이터 과학의 여러 기술을 적용하며, 통계적 분석과 머신러닝 모델링도 다루기 때문입니다.

 

그러나 중요한 차이점도 존재합니다. 생물정보학에서는 컴퓨터 과학을 단순 코딩으로 해석하는 경우가 있지만, 현대에서는 코딩을 하나의 교양으로 볼 수 있습니다. 즉, 단순 코딩보다는 더 깊이있는 데이터를 다루기 위한 스킬을 익히는 것이 필수입니다.

 

특히 빅데이터 분석의 필요성을 고려하면, 적절한 IT 인프라가 필수적입니다. 대량의 데이터를 다루지 않는 상황이라면 이런 인프라의 필요성을 느끼지 못할 수 있지만, 데이터 분석의 핵심은 빅데이터를 분석하는 것에 있습니다. 따라서, 초기의 데이터 규모가 작다고 해서 분석 환경을 간소화하면, 이후 데이터가 급격히 증가하는 상황에서 중복 투자가 발생할 수 있습니다. 이는 데이터 파이프라인을 다시 구축하고, 데이터를 재처리하는 데 드는 시간과 비용의 낭비를 초래할 수 있습니다.

 

바이오 데이터 분석 팀의 최소 구성

저는 효과적인 바이오 데이터 분석 팀의 최소 구성은 각 분야의 전문가가 최소 1명씩 포함된 팀이라고 생각합니다. 각 분야란 데이터 과학자, 데이터 분석가, 데이터 엔지니어를 의미합니다. 각 전문가는 자신만의 독특한 역할과 스킬 세트를 가지고 있으며, 이들이 협력할 때 데이터 분석의 모든 단계가 원활하게 이루어질 수 있습니다. 이러한 구성은 바이오 데이터 분석의 복잡성을 다루는 데 필수적입니다.

 

 

1. 데이터 과학자 (Data Scientist)

데이터 과학자는 고급 통계학, 머신러닝 알고리즘, 모델링, 데이터 시각화 도구 등에 대한 깊은 이해를 요구하는 직무입니다. 생물정보학에서 데이터 과학자는 생물학적 데이터의 특성을 이해하고, 이를 바탕으로 알고리즘을 개발하는 중요한 역할을 합니다. 연구와 임상 검사 모두에 걸쳐, 데이터 과학자는 데이터에서 유의미한 패턴을 발견하고 예측 모델을 만드는 데 핵심적인 기여를 합니다.

 

예를 들어, 액체 생검에서 산모의 세포유리 DNA(cfDNA)에서 태아의 DNA를 추출하여 염색체 수 이상을 검출하는 검사를 수행할 때, 데이터 과학자는 이러한 데이터를 분석하여 태아의 염색체 이상을 탐지하는 알고리즘을 개발합니다. 이는 흔히 비침습적 산전 검사(NIPT 또는 NIPS)라고 불리며, 태아의 염색체 수 이상뿐만 아니라 미세 결절(microdeletion) 등 다양한 유전적 이상을 탐지하는 데 사용됩니다.

 

더 나아가, 정확한 결과를 예측하기 위해 데이터 과학자는 통계적 방법론이나 머신러닝(ML), 딥러닝(DL) 기술을 사용하여 새로운 예측 모델을 개발합니다. 예를 들어, 태아 분획도(fetal fraction)를 계산하는 다양한 방법론이 존재하며, 이를 통해 보다 정확한 진단과 예측이 가능해집니다. 데이터 과학자는 이러한 복잡한 모델과 알고리즘을 설계하고 최적화하는 전문가로, 바이오 데이터 분석 팀에서 중요한 역할을 수행합니다.

 

2. 데이터 분석가 (Data Analyst)

데이터 분석가는 데이터를 탐색하고, 패턴을 찾아내며, 이를 이해하기 쉬운 형태로 시각화하는 능력이 필요한 직무입니다. 일반적인 데이터 분석과 생물정보학 데이터 분석의 차이는 사용하는 도구와 시각화 방법에서 두드러집니다. 전통적인 데이터 분석에서는 Tableau나 Microsoft Power BI와 같은 도구를 사용하지만, 생물정보학에서는 주로 과학적 시각화를 위한 도구가 사용됩니다.

 

예를 들어, Plotly의 Dash Bio와 같은 도구를 통해 복잡한 바이오 데이터를 시각화할 수 있으며, 이 외에도 IGV(Integrative Genomics Viewer)나 KEGG PATHWAY 이미지와 같은 생물학적 시각화 도구들이 자주 사용됩니다. 이러한 도구들은 생물학적 데이터를 직관적이고 이해하기 쉽게 표현하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

도메인 지식이 핵심이 되는 데이터 분석가는 데이터 과학자와 밀접하게 협력하여 분석 결과를 해석하고, 임상적 또는 연구적 의미를 도출합니다. 예를 들어, NIPS에서 신생아의 염색체 이상이 예측되었다면, 데이터 분석가는 ACMG의 CNV 해석 가이드라인과 관련된 임상 논문을 참고하여 예상되는 증상이나 질병을 제시할 수 있습니다. 이 역할은 특히 학계에서 중요한데, 분석 결과를 정확히 이해하고 해석하기 위해서는 폭넓은 생물학적 지식과 실험적 배경이 필요하기 때문입니다.

 

3. 데이터 엔지니어 (Data Engineer)

데이터 엔지니어는 데이터 파이프라인을 구축하고 유지보수하며, 대규모 데이터 처리 및 관리 시스템을 설계하는 직무를 담당합니다. 이 직무는 바이오 데이터 분석 팀에서 도메인의 영향을 상대적으로 적게 받지만, 산업계에서는 매우 중요한 역할을 수행합니다.

 

학계의 경우, 연구에 대규모 데이터 처리가 필요하지 않은 경우가 많아 데이터 엔지니어의 필요성이 덜할 수 있지만, 산업계에서는 안정적이고 확장 가능한 데이터 인프라가 필수적입니다. 이는 데이터 수집부터 저장, 처리, 분석에 이르는 전체 과정이 신뢰성 있게 작동해야 하기 때문입니다. 데이터 엔지니어가 이러한 시스템을 제대로 설계하고 유지하지 않으면, 초기에는 문제를 느끼지 못할 수 있지만, 데이터의 양이 증가하거나 복잡성이 높아질 경우 중복 투자가 필요해질 수 있습니다. 따라서, 데이터 엔지니어의 역할은 장기적으로 데이터를 효율적으로 관리하고, 비용을 절감하는 데 필수적입니다.

 

생물정보학과 데이터 분석의 적용 범위

특히, NGS 기술이 대용량 데이터를 생성하기 때문에 생물정보학적 분석에 적합한 것은 사실입니다. 그러나 회사에서 수행하는 지속적인 검사 데이터를 분석하는 데에도 생물정보학자가 충분히 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 감염병 유행 검사에서 단순 PCR 데이터로 얻어지는 결과도 체계적으로 수집되고 해석된다면, 바이오 분석의 중요한 인사이트를 제공할 수 있습니다. 이는 생물정보학자가 데이터 분석의 방법론을 적용하여 의미 있는 결과를 도출할 수 있는 또 다른 예시가 됩니다.

 

결론

바이오/메디컬 데이터 분석은 데이터 과학과 유사하면서도 독특한 도전과 기회를 제공합니다. 바이오 데이터 분석 팀이 효과적으로 운영되기 위해서는 각 직무별로 충분한 전문 지식을 갖춘 인력이 필요합니다. 또한, 빅데이터를 다룰 수 있는 인프라와 기술적 준비가 되어 있어야만 데이터의 스케일이 커질 때 발생할 수 있는 문제를 예방하고 효율적으로 확장할 수 있습니다. 생물정보학자와 데이터 과학자는 이러한 환경에서 데이터로부터 가치를 창출하는 데 중요한 역할을 합니다. 바이오 회사들이 이러한 필요성을 인식하고, 적절한 팀 구성과 기술 인프라를 갖추는 것이 중요합니다.