AI, 단백질 설계로 항생제 저항성 극복Possibly more accurately, while still respecting the character limit: AI로 항생제 저항 극복 및 암 치료용 단백질 개발

최근, 인공지능(AI)을 통해 단시간에 다양한 질병 치료용 단백질을 개발하는 기술이 급속히 발전하고 있다. 과거에는 과학자가 특정 질병에 맞는 단백질을 개발하는 데 수십 년이 걸렸지만, 이제는 몇 초 만에 가능해졌다. 이 기술은 뱀파리에서 암까지 다양한 질병의 치료에 활용될 것으로 기대된다. 호주 과학자들이 처음으로 항생제 내성 박테리아를 죽이는 생물학적 단백질을 AI를 통해 생성하는데 성공했다. 이 연구는 자연과학 저널인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 발표되었으며, 항생제 내성 슈퍼박테리아로 인한 점증하는 위기를 해결하기 위한 새로운 방법을 제공한다. 호주는 이 기술을 통해 미국과 중국 등 AI 플랫폼 개발 국가들과 어깨를 나란히 하게 되었다. 이는 단백질 바인더와 엔지니어드 효소 등의 신속한 개발과 생산 비용 절감을 통해 의약품 개발과 진단 분야에 혁신을 가져올 것으로 보인다. 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 이 논문은 멜버른 대학교 Bio21 연구소와 모나시 대학교 Biomedicine Discovery 연구소에서 활동하는 AI 단백질 설계 프로그램의 공동 책임자인 Rhys Grinter 박사와 Gavin Knott 부교수(스노우 메디컬 펠로우)가 주도했다. Grinter 박사와 Knott 부교수는 이 AI 단백질 설계 플랫폼이 다윗 베이커(David Baker) 교수가 지난해 화학 노벨상 수상 후 개발한 엔드투엔드 접근 방식을 모델로 삼았다고 설명한다. 베이커 교수는 다양한 단백질을 효율적으로 설계할 수 있는 심층 학습 기반의 새로운 방법을 개발했다. Knott 부교수는 "이 단백질들은 현재 약물, 백신, 나노재료 및 미세 센서로 개발되고 있으며, 아직 테스트되지 않은 많은 응용 분야가 있다"고 말했다. 이 연구에서는 모든 과학자들이 사용할 수 있는 AI 기반 단백질 설계 도구를 활용했다. 이 연구의 대부분 실험 작업을 수행한 Daniel Fox 박사과정 학생은 "전 세계가 이러한 도구를 활용할 수 있도록 단백질 설계를 민주화하는 것이 중요하다"고 강조하며, "이러한 도구와 우리 실내에서 개발하는 도구를 사용하여 특정 대상 부위나 리간드에 결합하도록 단백질을 엔지니어링하거나, 억제제, 작용제, 길항제로 설계하거나, 활성과 안정성이 개선된 효소를 설계할 수 있다"고 설명했다. Grinter 박사는 현재 암이나 감염 등 질병 치료에 사용되는 단백질은 주로 자연에서 유래되어 이론적 설계나 체외 진화 및 선택을 통해 재활용되고 있다고 말한다. "심층 학습 기술의 이러한 새로운 방법은 특정 특성과 기능을 가진 단백질을 효율적으로 새로 설계할 수 있어, 새로운 단백질 바인더와 엔지니어드 효소의 개발 비용을 낮추고 개발 속도를 높일 수 있다"고 그는 덧붙였다. 베이커 교수의 연구 이후, Bindcraft와 Chai 같은 새로운 도구와 소프트웨어가 개발되어 Grinter 박사와 Knott 부교수의 AI 단백질 설계 플랫폼에 통합되었다. 모나시 대학교 Biomedicine Discovery 연구소장인 존 커롤(John Carroll) 교수는 "새로운 AI 단백질 설계 프로그램은 호주를 새로운 치료제와 연구 도구 설계 분야에서 최첨단으로 이끌어냈다. 이는 두 뛰어난 젊은 과학자의 창업 정신 덕분이다. 그들은 이 능력을 처음부터 완성되기까지 밤낮으로 일하면서 만들어냈다"고 평가했다. 이 프로그램은 모나시 대학과 멜버른 대학에서 운영되며, 구조생물학자와 컴퓨터 과학자들로 구성된 팀이 총체적인 설계 과정을 이해하고 있다. Knott 부교수는 "우리는 단백질 구조와 머신 러닝에 대한 깊은 이해를 바탕으로 AI 단백질 설계 분야에서 최첨단 도구들을 꾸준히 도입할 수 있는 매우 유연한 프로그램을 운영하고 있다"고 말했다. 이 연구는 단백질 설계 기술의 혁신과 함께, 항생제 내성 문제를 비롯한 여러 질병 치료에 큰 도움이 될 것으로 전망된다. AI 기술의 발전으로 인해 단백질의 설계와 제작이 더욱 빠르고 경제적이게 될 것이며, 이는 생명과학 연구와 환자 관리에 긍정적인 영향을 미칠 것이라는 것이 업계 전문가들의 평가다. 호주 과학자들의 이번 성과는 AI 기반 의약품 개발의 새로운 시대를 열었다는 점에서 주목받고 있다.