한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 과학기술정보통신부 이노코어(InnoCORE) 사업으로 구축된 연구 협력 기반 아래, 노벨상 수상자와의 협력으로 인공지능(AI) 단백질 설계 기술을 내놓았다.
KAIST는 이규리 생명과학과 교수(이노코어 사업 AI-CRED 혁신신약 연구단 멘토 교수)가 2024년 노벨화학상을 수상한 데이비드 베이커 미국 워싱턴대 교수와 협력해 특정 화합물을 선택적으로 인식하는 인공 단백질의 AI 설계에 성공했다고 9일 밝혔다.
특정 화합물을 인식하는 단백질을 AI를 활용해 처음부터 설계하고, 이를 실제로 작동하는 바이오 센서로 구현한 것이 특징이다. AI 기반 설계로 원하는 기능을 갖는 단백질을 '맞춤 제작'하고 검증까지 마쳤다.
스트레스 호르몬인 '코티솔'을 선택적으로 인식하는 단백질을 설계하고, 이를 기반으로 AI가 설계한 바이오 센서를 구현했다.
이번 성과는 향후 질병 진단, 신약 개발, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 혈액 속 바이오마커를 정밀 감지해 질병을 조기에 진단할 수 있고, 특정 분자를 선택적으로 인식하는 단백질 설계를 통해 표적 치료제 개발에도 기여할 수 있다. 또 환경 오염 물질을 감지하는 맞춤형 바이오 센서 기술 구현도 가능해질 전망이다.
연구진은 대사물질·저분자 약물을 포함한 6종 화합물 각각에 대해 인공 결합 단백질을 설계하고, 실험으로 기능을 검증했다. 특히 코티솔과 결합하는 신규 단백질을 기반으로 화학 유도 이합체를 설계해 코티솔 바이오 센서를 개발했다. 해당 설계 기술은 미국에서 임시 특허를 출원한 상태다.
이규리 교수는 “이번 연구는 AI를 활용해 특정 화합물을 정밀하게 인식하는 단백질을 설계할 수 있음을 실험적으로 입증한 것”이라며 “앞으로 질병 진단, 신약 개발, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 단백질 설계 기술로 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “데이비드 베이커 교수와의 협력으로 AI 기반 단백질 설계라는 의미 있는 성과를 도출했다”며 “이번 연구는 KAIST가 세계적인 연구기관과 어깨를 나란히 하며 혁신 연구를 선도하고 있음을 보여주는 사례”라고 밝혔다.
이번 연구는 이규리 교수가 제1저자로, 데이비드 베이커 교수가 교신저자로 참여했으며, 3월 28일 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
