[딜사이트 김진욱 기자, 이승연 인턴기자] 인공지능(AI) 기술의 발전으로 신약개발 시장의 경쟁 구도가 달라지고 있다. 기존 제약사의 연구개발을 지원하던 AI 기업들이 직접 신약 후보물질을 개발하는 사업에 뛰어들고 있다. AI를 통한 후보물질 발굴이 빨라지면서 독점적인 생물학 데이터와 실제 효능을 검증하기 위한 실험 인프라가 새로운 경쟁 요소로 떠오르고 있다.

◆ 구글·앤트로픽까지 신약개발 참전…빅파마와 경쟁

9일 김민정 DS투자증권 연구원이 발간한 'AI×바이오–자본의 집약, 밸류체인을 이해하자' 보고서에 따르면 AI 기술 발전과 글로벌 빅테크의 시장 진입으로 기존 제약사 중심의 신약개발 생태계가 재편될 것으로 전망된다.

구글의 AI 신약개발 계열사 아이소모픽랩스(Isomorphic Labs)는 단백질 구조 예측 기술을 활용해 신약 후보물질을 설계하고 있다. 2024년 일라이릴리(Eli Lilly), 노바티스(Novartis)와 신약 발굴 협력 계약을 체결했으며 올해 1월에는 존슨앤드존슨(Johnson & Johnson)과도 연구 협력에 나섰다. 자체 신약 파이프라인도 개발 중이다.

앤트로픽은 AI 모델 클로드(Claude)를 신약개발에 활용하고 있다. 지난달 27일(현지시간) 브리스톨마이어스스퀴브(BMS) 등 6개 기관과 진행한 공동 연구 성과를 공개했다. 지난 7월에는 희귀 근이영양증 치료제를 개발하던 미스릴메디슨(Mithril Medicine)을 인수하며 자체 신약개발 자산도 확보했다.

엔비디아는 직접 신약을 개발하기보다 AI 모델과 연산 인프라를 공급하는 전략을 취하고 있다. 지난 1월 일라이릴리와 향후 5년간 최대 10억달러(1조3500억원)를 공동 투자하는 AI 신약개발 연구소 설립 계획을 발표했다.

◆AI가 후보물질 발굴 가속…데이터 확보가 경쟁력

빅테크의 시장 진입이 확대되는 배경에는 AI를 활용한 신약 후보물질 발굴 기술의 발전이 있다. 기존 신약개발은 수많은 화합물 가운데 치료 효과가 기대되는 물질을 찾아내는 데 상당한 시간과 비용이 필요했다. 하지만 AI는 분자의 구조와 특성을 분석해 유망한 후보물질을 빠르게 선별할 수 있다.

김 연구원은 AI를 통해 후보물질 발굴이 쉬워지면서 초기 후보물질의 공급이 늘어나고 희소가치가 낮아질 가능성을 제기했다. 후보물질을 설계하는 기술이 보편화될수록 단순히 후보물질을 확보하는 것만으로는 차별화하기 어려워질 수 있다는 의미다. 이에 따라 독자적인 생물학 데이터를 확보하고 실제 효능을 검증하는 역량이 중요해질 것으로 분석했다.

AI 신약개발에는 환자의 유전체·임상 정보와 실제 실험에서 확보한 데이터가 필요하다. 그러나 이러한 정보는 기업별로 분산돼 있거나 외부에 공개되지 않은 경우가 많아 독점 데이터의 확보가 경쟁력을 좌우할 수 있다.

실제로 미국 의료 데이터 기업 템퍼스AI(Tempus AI)는 지난해 4월 아스트라제네카(AstraZeneca), 파토스AI(Pathos AI)와 항암 신약개발용 AI 모델 구축 협력을 발표했다. 이 과정에서 템퍼스AI는 파토스AI에 비식별화된 의료 데이터를 제공하는 대가로 3년간 2억달러(2700억원)를 받는 계약을 체결했다.

국내에서도 희귀질환 진단 기업 쓰리빌리언이 유전체 진단 과정에서 축적한 데이터를 기반으로 AI 신약개발 사업을 추진하고 있다. 쓰리빌리언은 12만건 이상의 환자 유전체 데이터를 활용해 새로운 치료 표적을 발굴하고 항암·면역질환 분야 신약개발에 나서고 있다.

◆AI 설계 넘어 실험 경쟁으로…자율실험실 구축 확대

독점 데이터를 확보하는 것과 함께 새로운 실험 데이터를 빠르게 생산하는 능력도 중요해지고 있다. AI가 신약 후보물질을 빠르게 설계하더라도 이를 실제로 검증하는 실험 속도가 따라가지 못하면 연구개발 전체의 효율을 높이기 어렵기 때문이다.

이에 따라 AI가 실험을 설계하고 로봇이 이를 수행한 뒤 결과를 다시 AI에 학습시키는 자율실험실이 주목받고 있다. 연구자의 개입을 줄여 실험 속도를 높이는 동시에 AI 학습에 필요한 데이터를 지속적으로 확보하는 방식이다.

엔비디아와 미국 실험 장비 기업 써모피셔사이언티픽(Thermo Fisher Scientific)은 지난 1월 AI 기반 실험실 자동화를 위한 협력을 발표했다. 양사는 AI 모델과 연구 장비를 연결해 실험 설계부터 데이터 분석까지 자동화하는 기술을 개발할 계획이다.

중국 엑스탈파이(XtalPi)는 AI와 로봇을 결합한 신약개발 플랫폼을 운영하고 있다. 국내에서는 큐리옥스바이오시스템즈가 세포 분석 전처리 과정의 자동화 장비를 개발하는 등 자율실험실에 필요한 장비 시장에 대응하고 있다.