인공지능으로 새로운 항생제를 만든다?

(A computer model of one of the new antimicrobial peptides created by IBM's new AI, Credit: IBM Research)

코로나 19 대유행 초기에 슈퍼컴퓨터와 AI를 이용한 코로나 19 치료제 개발이 활발하게 이뤄졌습니다. 다만 현재까지 그 성과는 나타나지 않고 있습니다. SARS-CoV-2에 대한 항바이러스 효과가 있는 기존 약물이 생각보다 드물었기 때문입니다. 하지만 인공지능을 이용해서 신약을 찾으려는 시도가 중단된 것은 아닙니다. 오히려 현재 기술 발전을 생각하면 앞으로 가능성이 충분한 분야이기도 합니다.

IBM 리서치 (IBM Research)의 연구팀은 항생 능력을 지닌 펩타이드 분자를 AI 알고리즘을 통해서 조합했습니다. 첫 번째 단계로 연구팀은 심층 생성 오토인코더 (deep generative autoencoder)를 통해 항생 능력을 지닌 펩타이드의 구조를 학습했습니다. 다음 단계로 CLaSS (Controlled Latent attribute Space Sampling) 방법을 통해 데이터를 수집하고 항생 능력을 지닌 펩타이드를 생성했습니다.

하지만 항생 능력을 지닌 펩타이드라고 해서 무조건 항생제로 사용할 순 없습니다. 박테리아 뿐 아니라 인체에도 해로운 물질일 수 있기 때문입니다. 그래서 마지막 단계로 딥러닝 기반의 분류 알고리즘을 통해 인체에 해를 입힐 가능성이 있는 물질을 걸러냈습니다. 48시간 동안 연산을 거쳐 연구팀은 유망한 펩타이드 20개를 합성했습니다. 그리고 그 중 가장 가능성이 높은 후보 2개를 선정했습니다.

이 항생 펩타이드는 각각 그람 음성균과 양성균에 대해서 항생 능력을 지니고 있습니다. 물론 실제로 항생제 내성균 치료에 효과가 있고 인체에 안전한지 검증하는 긴 과정이 남아 있지만, 인공지능을 통한 신약 개발 가능성을 보여줬다는 데서 미래가 주목되는 연구입니다.

항생제 내성균은 코로나 19에 못지 않은 보건 위기입니다. 인공지능이 이를 해결할 방법 중 하나가 될지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/medical/ibm-ai-new-antibiotics-superbugs/

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00689-x

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