영국 BBC는 오늘(8월 7일) 게시물을 통해 미국 스탠퍼드대학교 연구진이 AI 기술을 사용해 실험실 환경에서 재현 가능하고 완전한 기능을 갖춘 새로운 바이러스를 설계했다고 보도했다.
연구진은 이번에 AI가 완전한 유전체 설계에 성공한 것은 처음이며, 이번에 만들어진 16종의 신종 바이러스는 세균 감염에 사용되고 인간에게는 위협이 되지 않는다고 밝혔다.
BBC와의 인터뷰에서 스탠퍼드대학교 조교수 브라이언 히(Brian Hie)는 AI가 이전에도 신종 항생제 설계에 사용됐지만, 기술적으로 볼 때 처음부터 생존 가능한 바이러스를 설계하는 일은 더 어렵다고 말했다.
연구팀은 작업 방식이 ChatGPT와 같은 대규모 언어 모델과 유사하지만, 대규모 언어 모델이 텍스트 시퀀스를 예측하는 반면 연구팀이 개발해 사용한 Evo1과 Evo2 모델은 ‘생명의 언어’를 예측한다고 설명했다.
모델 훈련과 관련해 연구팀은 데이터가 바이러스, 세균, 식물 및 인간의 유전 코드에서 수집됐다고 밝혔다. 이후 팀은 모델을 미세 조정(Fine-tuning)해 박테리오파지(bacteriophage, 특정 세균 종만 감염시키는 바이러스)를 설계하도록 했다.
주: 대규모 언어 모델에서 미세 조정은 특정 과제에 특화된 데이터 세트를 사용해 사전 훈련된 대규모 언어 모델을 추가로 훈련하는 것을 의미한다. 사전 훈련 모델은 이미 많은 일반 정보를 학습했으며, 미세 조정은 특정 분야에 특화하는 데 도움을 준다.
AI 설계가 유효한지 검증하기 위해 스탠퍼드 연구진은 가능성이 가장 높은 AI 설계 302개를 선정해 실험실에서 합성했다. 그 결과 이 중 16개 설계가 대장균(E. coli)을 효과적으로 죽일 수 있는 것으로 나타났다.
신종 박테리오파지 개발은 항생제 내성 감염에 새로운 치료 경로를 제공할 수 있다. 보도에 따르면 박테리오파지 요법(phage therapy)은 세균 감염 증가 추세에 대응하는 잠재적 방안으로 여겨지며, 특히 항생제로 치료할 수 없는 감염에 적합하다.
이번 돌파구는 AI가 자연계에 존재하지 않는 새로운 생물학적 시스템을 설계할 수 있는 능력도 갖추고 있음을 보여준다. 히는 이러한 능력이 신약과 새로운 치료법 개발을 통해 인류의 건강을 크게 개선할 수 있다고 평가했다.
이번 연구에서 사용된 박테리오파지의 유전 코드는 약 5,400개의 염기쌍(base pairs)으로 구성됐다. 이에 비해 가장 작은 생명 세포의 유전체는 약 500,000개의 염기쌍, 인간 유전체는 3,000,000,000개의 염기쌍으로 구성된다.
히는 일부 단순한 생물을 설계하려는 시도는 “많은 작업이 필요할 수 있지만 불가능하지는 않다”고 말했다. 또한 연구팀이 “실제로 이 방향으로 나아가는 데 관심이 있다”고 밝혔다.
스페인 폼페우 파브라대학교 합성생물학 연구실의 교수 Marc Güell은 이번 연구가 “매우 중요한 전환점”이라며, “역사상 처음으로 인간이 컴퓨터에서 생물학을 설계하기 시작했다”고 말했다.
그는 이번 연구를 통해 질병 치료용 박테리오파지, 유전 질환 치료용 효소, 면역 요법에 사용할 수 있는 항체 개발 등 인류의 주요 과제에 대응할 더 많은 가능성을 상상할 수 있게 됐다고 설명했다.
참고
Generative design of bacteriophages with genome language models