[딜사이트 김진욱 기자, 이수민 인턴기자] 미국 정부와 메타·구글 등 글로벌 빅테크가 손잡고 총 18억달러(2조4126억원) 규모의 생물학 AI 연구사업을 확대한다. 실제 세포 반응을 예측하는 AI의 기반을 마련해 신약개발을 비롯한 생명과학 연구를 가속한다는 구상이다.

7일(현지시간) 미국 비영리 연구기관 바이오허브(Biohub)는 미국 에너지부(DOE), 국립보건원(NIH), 메타, 구글 딥마인드, 아이소모픽랩스 등이 참여하는 생물학 AI 연구사업을 확대하겠다고 발표했다. 같은 날 생명과학 장비업체 다나허(Danaher)도 AI 기반 자율연구실 구축 계획을 공개했다.

두 사업은 실제 실험에서 얻은 데이터를 AI에 학습시켜 연구의 예측력과 효율을 높이려는 시도다. 국내에서는 과학기술정보통신부와 보건복지부가 공동으로 2024~2028년 총 348억원을 투입해 AI 신약개발 프로젝트인 'K-멜로디'를 추진 중이다. 민간에서는 동아에스티가 AI 신약개발 기업 갤럭스와 손잡고 항체약물접합체(ADC) 연구에 나섰으며, 파로스아이바이오도 AI를 활용한 항암제 후보물질 발굴을 진행하고 있다.

◆ 美 2.4조 투자…AI가 학습할 세포 데이터 확보

이번에 바이오허브가 추진하는 생물학 AI 연구사업의 정식 명칭은 '가상 생물학 이니셔티브(Virtual Biology Initiative, VBI)'다. 실제 세포가 약물이나 유전자 조작에 어떻게 반응하는지 측정하고, 이를 AI 학습데이터로 만드는 것이 목표다.

전체 사업 규모는 총 18억달러(2조4126억원)다. 메타·구글 딥마인드·아이소모픽랩스가 공동으로 3억달러(4021억원)를 투자하고, 미국 에너지부가 향후 5년간 5억달러(6702억원) 이상을 지원한다. 나머지는 바이오허브의 기존 투자금과 국립보건원이 과거 조달한 연구자원 등이 포함됐다.

VBI의 핵심 목표는 '가상 세포(Virtual Cell)' 개발이다. 실제 세포를 대상으로 수집한 데이터를 AI에 학습시켜 새로운 약물이나 유전자 조작에 세포가 어떻게 반응하는지 컴퓨터에서 예측한다. 예를 들어 암세포에 특정 약물을 투입했을 때 어떤 유전자와 단백질의 활동이 달라지고, 암세포가 살아남을 가능성이 어느정도인지 예측하는 것이 목표다.

VBI는 ▲세포 내부를 정밀하게 촬영하는 ‘초저온 전자단층촬영(Cryo-electron tomography)’ ▲조직 속 유전자 활동을 측정하는 ‘공간 전사체 분석(Spatial transcriptomics)’ ▲약물 투여나 유전자 조작 후 세포 반응을 측정하는 ‘세포 교란 실험(Perturbation experiments)’ 등을 활용해 데이터를 확보할 계획이다.

알렉스 리브스(Alex Rives) 바이오허브 책임자에 따르면 1년 안에 첫 데이터셋을 확보하고, 향후 5년 안에 세포 반응을 정확하게 예측하는 모델을 개발하는 것이 목표라고 밝혔다.

◆AI가 설계하고 로봇이 실험…속도 최대 8배 목표

생명과학 장비업체 다나허는 실험 과정 자체를 자동화한다. 2027년 초 본격 가동을 목표로 하며, 일명 자율연구실(Autonomous Lab)은 AI가 분자를 설계하면 로봇이 이를 제작하고 시험한다. 실험 결과는 다시 AI에 입력해 다음 분자 설계에 활용한다.

다나허는 이를 통해 연구용 시약(Affinity Reagent) 발굴 속도를 최대 8배 높이고, 연간 신규 시약 생성량도 수십 개에서 수백 개로 최대 10배 늘릴 예정이다. 신약개발 전체 기간이 아닌 연구용 시약의 설계·검증 과정에 집중한다.

다나허 외에도 AI를 이미 자체 실험시설에 투입한 기업도 있다. 지난해 미국 AI 신약개발 기업 리커전 파마슈티컬스(Recursion Pharmaceuticals)는 자동화 시설을 통해 주당 최대 200만건의 실험을 수행할 수 있다고 밝혔다. 회사가 공개한 생물학·화학 관련 데이터 규모도 50페타바이트(PB) 이상이다.

앤트로픽도 지난 9월 자체 생명과학 연구팀과 실험실을 공개하고, AI를 활용한 기초 생물학 연구에 나섰다. 같은 기간 오픈AI도 '공공 보건 데이터(Public Data for Health)' 프로그램을 발표했다. 대학과 비영리 연구기관에 1억2500만달러(1675억원) 이상을 지원해 생명과학 데이터를 구축한다.

◆韓도 AI 신약개발 투자 확대…상용화가 관건

국내에서는 과학기술정보통신부와 보건복지부가 2024년 4월부터 2028년 12월까지 ‘K-멜로디’에 총 348억원을 투입한다. 제약사와 연구기관이 보유한 데이터를 외부로 옮기지 않고 공동으로 AI를 학습시키는 연합학습(Federated Learning) 방식이다. 약물의 흡수·분포·대사·배설·독성(ADMET)을 예측하는 모델 개발이 핵심 목표다.

민간에서는 동아에스티와 파로스아이바이오 등이 AI를 신약 후보물질 발굴에 활용하고 있다. 지난 1일 동아에스티는 AI 신약개발 기업 갤럭스와 항체약물접합체(ADC) 공동연구 협약을 체결했다. 갤럭스가 AI로 항체를 설계하면 동아에스티가 이를 항암제 개발에 적용할 수 있는지 평가한다.

지난 8월 파로스아이바이오는 잭투스온코와 AI 기반 항암제 공동연구를 추진한다고 발표했다. 연구 기간은 24개월이며, 중소벤처기업부 연구과제로 확보한 지원금은 총 10억원이다. 이 가운데 4억원이 파로스아이바이오에 배정됐다.

파로스아이바이오는 자체 AI 플랫폼 '케미버스(Chemiverse)'로 후보물질을 설계하고, 잭투스온코는 화합물 합성과 효능 검증을 맡는다. 검증 결과를 다시 AI 학습에 반영해 후보물질을 개선할 계획이다.