10. 깊이 — 30× 와 60×, 왜 종양을 더 깊게 · 손박사의 애완견 비만세포암 치료제 첫걸음 I

개의 유전체는 24억 글자입니다. 한 번씩만 읽으면 24억 글자면 됩니다. 그런데 한 번 읽어서는 그 글자가 진짜인지 장비가 틀린 것인지 알 수 없습니다.

그래서 겹쳐 읽습니다. 같은 자리를 서른 번 읽으면 서른 개의 의견이 모입니다. 스물아홉이 A 라고 하고 하나가 G 라고 하면, 그 하나는 오류입니다.

깊이(depth) = 그 자리를 덮은 리드의 수

혈액은 30×, 종양은 60× 로 읽었습니다. 왜 종양만 더 깊게 읽었을까요.

VAF 가 낮을수록 깊이가 필요합니다. 정확히는 필요한 깊이가 VAF 에 반비례합니다.

Python 브라우저에서 실행

# 깊이가 낮으면 무슨 일이 생기나 — 이항분포로
from scipy.stats import binom

vaf = 0.15          # 변이가 리드의 15% 에만 있다 (순도 낮은 종양의 subclone)
need = 3            # 변이 리드가 최소 3개는 보여야 후보로 올린다

print(f"진짜 VAF {vaf:.0%} 인 변이를, 변이 리드 {need}개 이상으로 볼 확률")
print()
for dp in (10, 20, 30, 60, 100, 200):
    p = 1 - binom.cdf(need - 1, dp, vaf)
    bar = "█" * int(p * 40)
    print(f"  깊이 {dp:>4}x   {p:>6.1%}  {bar}")
print()
print("깊이 30x 로는 이런 변이를 놓칠 확률이 꽤 됩니다.")
print("이야기의 KIT 은 VAF 0.847 이라 30x 로도 충분했습니다 — 운이 좋았던 것입니다.")

깊이와 VAF 를 함께 움직여 보세요. 어느 조합에서 변이가 보이지 않게 되는지 나옵니다.

불러오는 중…

평균 깊이는 평균일 뿐이다

"30× 로 읽었다"는 전체 평균입니다. 실제 깊이는 자리마다 다릅니다.

이상적인 경우 깊이는 푸아송 분포를 따릅니다 — 리드가 유전체 위에 무작위로 떨어진다고 보면 그렇게 됩니다. 그러면 평균 30× 라도 어떤 자리는 15× 이고 어떤 자리는 45× 입니다.

실제 데이터는 푸아송보다 과산포합니다. 그래서 커버리지 그림을 직접 보는 것이 중요합니다 — 17강.

Python 브라우저에서 실행

# 평균 30x 라도 얕은 자리가 생긴다 — 푸아송
import numpy as np
from scipy.stats import poisson

for mean in (10, 30, 60):
    below10 = poisson.cdf(9, mean)
    below20 = poisson.cdf(19, mean)
    print(f"평균 {mean:>3}x  →  깊이 10x 미만인 자리 {below10:>8.2%}"
          f"   20x 미만 {below20:>8.2%}")

print()
G = 2_400_000_000
n = poisson.cdf(9, 30) * G
print(f"평균 30x 일 때 유전체에서 10x 미만인 자리: 약 {n:,.0f} bp")
print()
print("실제로는 이보다 훨씬 나쁩니다 — GC 편향과 반복 구간이 더해지기 때문입니다.")
print("푸아송은 '가장 좋을 때' 의 밑그림입니다.")

어느 깊이가 표준인가

목적	깊이	왜
생식세포 변이 (사람 WGS)	30×	이형접합이면 VAF 0.5 — 얕아도 보인다
종양 WGS	60~100×	순도와 subclone 때문에 VAF 가 낮다
종양 WES / 패널	200~1000×	좁은 구간이라 깊게 갈 수 있다. 낮은 VAF 를 노린다
액체생검 (ctDNA)	수만 ×	VAF 0.1% 를 잡아야 한다. UMI 가 필요하다

로지는 30× / 60× 였습니다. 종양 WGS 의 하한선쯤입니다. 비용이 3,000 호주달러였다는 것을 생각하면 합리적인 선택입니다.

이 표 하나가 실험 설계입니다. 무엇을 보고 싶은지를 정하면 깊이가 따라 나옵니다.

Python 브라우저에서 실행

# 필요한 깊이를 거꾸로 계산 — '이 VAF 를 보려면 몇 x 가 필요한가'
from scipy.stats import binom

def depth_for(vaf, need=3, power=0.95):
    dp = need
    while dp < 5000:
        if 1 - binom.cdf(need - 1, dp, vaf) >= power:
            return dp
        dp += 1
    return None

print("변이 리드 3개 이상을, 95% 확률로 보려면")
print()
print(f"{'진짜 VAF':>10}{'필요 깊이':>12}   쓰이는 자리")
for vaf, where in [(0.50, "생식세포 이형접합"), (0.35, "순도 좋은 종양"),
                   (0.15, "순도 낮거나 subclone"), (0.05, "작은 subclone"),
                   (0.01, "패널로만 가능")]:
    print(f"{vaf:>9.0%}{depth_for(vaf):>12}x   {where}")
print()
print("반비례합니다. VAF 를 10분의 1 로 낮추면 깊이를 10배 올려야 합니다.")

🤔 확인 문제

종양 시료를 정상보다 깊게 읽는 주된 이유는?

🤔 확인 문제

평균 깊이 30× 인 데이터에서 어떤 자리의 깊이는?

🤔 확인 문제

깊이를 올려도 이길 수 없는 것은?