[AI+바이오테크] AI로 디자인한 바이러스로 대장균 박멸하는 기술 개발돼

[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 미국 캘리포니아 소재 스탠퍼드 대학의 전산 생물학과 연구진이 세계 최초로 인공지능(Artificial Intelligence, AI)를 이용해 바이러스를 설계하는 기술을 개발하는데 성공했다고 영국에서 출판되는 세계적인 과학 주간지 ‚네이처(Nature)‘와 ‚MIT 테크놀러지 리뷰’ 등이  보도해 박테리아 감염 환자를 치료할 수 있는 획기적인 바이오 테크 테라피에 의료업계가 주목하고 있다.

지금으로부터 약 100년 전, 스코틀랜드 출신의 물리학자・미생물학자였던 알렉산더 프레밍(Alexander Fleming) 박사가 우연히 푸른 곰팡이에서 페니실린 물질을 발견하면서 의학의 역사가 뒤바꿨다. 페니실린 항생제 덕분에  1940년대 이후부터 인류는 무서운 박테리아 감염에 의한 죽음으로부터 구출됐다.

그러나, 지난 약 80여 년 사이 항생제의 오남용으로 항생제 내성이라는 새로운 문제가 생겼다. 항생제가 효력을 발휘하지 못하는 내성 강한 박테리아균의 등장으로 인류는 다시 박테리아로 인한 생명 위협을 받고 있다.

이에 대한 대안적 해법으로 최근 의료과학계에서는 바이러스로 박테리아를 먹어치워 치료하는 이른바 박테리오파지(bactriophages) 바이러스 항생제에 주목하고 있다. 

생명체 속 DNA를 분석해 실험실에서 재배열한 인공 박테리아를 최초로 창조하는 기술이 나온 지는 20년이 됐지만 AI 모델을 이용한 반복오차 임상실험에 응용해 인공 바이러스를 창조하는데 성공한 사례는 이번 연구가 처음이다. AI는 임상시험 기간을 대폭 단축하고 성공  확률을 높여서 신약 발굴 비용 절감 효과를 불러올 것으로 기대된다.

이번 스탠퍼드 대 연구진이 발견한 바이러스는 인간의 세포에는 해를 가하지 않고 오로지 박테리아를 숙주로 해 침입・감염시킨 후 사멸시키는 전략을 사용하는데, 연구 결과 특히 오늘날 항생제 내성이 가장 높기로 악명 높은 대장균(E. Coli)을 공격하는데 매우 좋은 효과를 보인 것으로 나타났다고 한다.

이번 연구진이 성취한 가장 눈에 띄는 성과는 AI 모델을 이용해 항생제에 내성을 띤 특정 대장균 박테리아에 침투력을 지닌 ‚ΦX174’라는 자연 발생 바이러스 게놈을 템플릿으로 삼아 생성해냈다는 데 있다. AI가 제안한 수 천 개의 바이러스 템플릿 중에서 박테리오파지 수행이 가능한 302종이 추출됐다.

이에 기반해 연구진은 다시 AI를 이용해 박테리오파지 바이러스를 인공적으로 설계하는 실험을 거쳤다고 한다. 그 결과 바이러스 16종이 대장균 박테리아를 침투 사멸시킬 수 있는 것을 발견하고 이들 바이러스들의 유전자를 다양하게 조합해 대장균 균주 3종을 사멸시킬 수 있는 AI 바이러스를 개발해냈다.

질병 치료를 용도로 AI 설계된 획기적인 바이러스 설계 기술력은 인류 보건에 기여할 매우 유망한 테라피가 될 것임을 분명하지만 윤리적 측면에서 우려점도 있다. 바이러스를 AI로 디자인할 수 있는 기술은 악의적으로 사용될 경우 많은 사람을 감염시키는 균을 퍼뜨려 새로운 팬데믹을 야기할 수 있기 때문이다.

이 같은 우려에 대한 사전 안전 조치로 연구진은 AI 훈련 데이터에서 인간에게 해를 끼칠 수 있는 바이러스를 모두 삭제했다고 한다. 실험 과정에서 생성된 박테리오파지 결과물도 모두 비병원성이다.

연구에 참여한 과학자들은 ‚세계 최초로 AI를 이용해 게놈 규모(genome scale)를 논리정연하게 작성하는 방법을 찾아냈으며, 이에 기반해 추후 AI로 생성한 생명체 게놈 지도를 창조하는 것도 가능해질 것’이라고 주장할 만큼 획기적인 성과다. 

이번 연구를 통해서 슈퍼박테리아 또는 슈퍼버그로 불리는 항생제에 저항성이 높은 돌연변이 박테리아 치료 및 퇴치에 AI로 설계한 ‚박테리오파지’ 바이러스의 치료 전략의 잠재력이 입증된 것은 사실이지만, 기존 항생제처럼 쉽게 안정적으로 사용되기까지에는 아직도 수 년에 걸친 연구가 더 필요하다.