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과학자들은 "생물학적 인공 지능" 시스템을 만들었습니다.
최근 리뷰 : 15.07.2025
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호주 과학자들이 "생물학적 인공지능"을 이용하여 포유류 세포에서 직접 새롭거나 향상된 기능을 가진 분자를 설계하고 진화시키는 연구 시스템을 성공적으로 개발했습니다. 연구진은 이 시스템이 과학자들이 더욱 구체적이고 효과적인 연구 약물이나 유전자 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있는 강력한 새로운 도구라고 밝혔습니다.
PROTEUS(PROTein Evolution Using Selection)라는 이름의 이 시스템은 "지시 진화(directed evolution)"라는 방법을 사용합니다. 이는 자연 진화의 힘을 모방하는 실험실 기법입니다. 하지만 수년이나 수십 년이 걸리는 대신, 진화와 자연 선택의 주기를 단축하여 단 몇 주 만에 새로운 기능을 가진 분자를 만들어냅니다.
이는 새롭고 더 효과적인 약물 개발에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 이 시스템은 CRISPR와 같은 유전자 편집 기술을 개선하여 더욱 효과적으로 만드는 데 활용될 수 있습니다.
시드니 대학의 존 앤 총 기능 유전체학 연구실 소장이자 이번 연구의 공동 저자인 그렉 닐리 교수는 "이것은 PROTEUS를 사용하여 우리 몸에서 작용하도록 최적화된 새로운 분자를 생성할 수 있으며, 현재 기술로는 만들기 어렵거나 불가능한 새로운 약물을 만들 수 있다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다.
"우리 연구의 참신한 점은 지향성 진화가 주로 박테리아 세포에서 작동하는 반면, PROTEUS는 포유류 세포에서 분자를 진화시킬 수 있다는 것입니다."
PROTEUS 시스템은 마치 사용자가 인공지능 플랫폼에 쿼리를 입력하는 것처럼, 불확실한 해결책이 있는 문제를 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 사람의 신체에서 질병 유전자를 효과적으로 "끄는" 방법이 문제일 수 있습니다.
PROTEUS는 방향성 진화를 통해 자연에 아직 존재하지 않는 수백만 개의 가능한 서열을 탐색하고, 문제에 매우 적합한 특성을 가진 분자를 찾아냅니다. 즉, PROTEUS는 인간 연구자가 수년이 걸려야 찾을 수 있는 해결책을, 설령 찾을 수 있다 하더라도, 찾아낼 수 있다는 의미입니다.
과학자들은 PROTEUS의 도움으로 약물로 조절하기 더 쉬운 개량형 단백질과 암 발생에 중요한 과정인 DNA 손상을 감지할 수 있는 나노바디(항체의 소형 버전)를 개발했다고 보고했습니다. 그러나 저자들은 PROTEUS의 적용이 이에 국한되지 않는다고 강조했습니다. PROTEUS는 대부분의 단백질과 분자의 기능을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다.
연구 결과는 Nature Communications 에 게재되었습니다. 이 연구는 시드니 대학교 찰스 퍼킨스 센터에서 센티너리 연구소 연구진과 공동으로 수행되었습니다.
분자 기계 학습의 발견
최초로 박테리아에 적용된 지향 진화 방법의 원래 개발은 2018년에 노벨 화학상을 수상했습니다.
"지시 진화의 발명은 생화학의 흐름을 바꾸어 놓았습니다. 이제 PROTEUS를 통해 포유류 세포가 아직 답을 찾지 못한 유전적 문제를 해결하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 이 시스템을 지속적으로 작동시키면 시스템이 문제를 어떻게 해결하는지 정기적으로 모니터링할 수 있습니다."라고 찰스 퍼킨스 센터와 생명환경과학대학의 수석 연구원인 크리스토퍼 데네스 박사는 말했습니다.
데네스와 그의 팀이 직면한 가장 큰 과제는 포유류 세포가 안정성을 유지하면서도 여러 차례의 진화와 돌연변이에 회복력을 갖게 하는 방법을 개발하고, 과제를 충족하지 못하는 사소한 해결책을 찾아 시스템이 '속임수'를 쓰는 것을 방지하는 것이었습니다.
과학자들은 키메라 바이러스 유사 입자를 사용하여 해결책을 찾았습니다. 키메라 바이러스 유사 입자는 한 바이러스의 외피와 다른 바이러스의 유전자로 구성된 설계입니다. 이 설계는 시스템이 "속임수"를 사용하는 것을 방지했습니다.
이 설계는 매우 다른 두 종류의 바이러스의 요소를 결합하여 "양쪽의 장점"을 모두 갖춘 시스템을 만들어냈습니다. 그 결과, 세포는 여러 가지 가능한 해결책을 병렬로 처리할 수 있게 되었고, 향상된 해결책은 우세해지고 잘못된 해결책은 사라졌습니다.
"PROTEUS는 안정적이고 견고하며 독립적인 실험실에서 검증되었습니다. 다른 연구 그룹에서도 이 방법을 사용할 것을 권장합니다. PROTEUS를 사용함으로써 차세대 효소, 분자 도구 및 치료법 개발을 촉진할 수 있기를 바랍니다."라고 데네스 박사는 말했습니다.
"저희는 이 시스템을 연구 커뮤니티에 공개했으며, 이 시스템이 어떻게 활용될지 기대하고 있습니다. 저희의 목표는 유전자 편집 기술을 개선하고 mRNA 약물을 더욱 강력하고 구체적인 효과를 위해 개량하는 것입니다."라고 닐리 교수는 덧붙였습니다.