자연이 만드는 신약 소재, 천연물 합성 경로 예측하는 AI 모델 나왔다

김상규·황성주 KAIST 교수 공동 연구진

동물과 식물 같은 생물이 만드는 물질인 천연물은 신약 소재의 30%를 차지한다. 천연물을 산업적으로 활용하려면 생합성 경로를 알아내야 한다./픽사베이

누구나 쉽게 천연물이 만들어지는 과정을 예측할 수 있는 도구가 공개됐다. 천연물은 신약 소재의 대부분을 차지하는 만큼 제약 산업과 기초과학 연구자들이 손쉽게 새로운 소재를 개발하는 데 도움될 것으로 보인다.

김상규 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 교수와 황성주 KAIST 김재철AI대학원 교수가 이끄는 공동 연구진은 천연물 합성 과정을 예측하는 인공지능(AI) 모델 ‘리드레트로(READRetro)’를 개발해 온라인에 공개했다고 14일 밝혔다.

천연물은 식물이나 동물이 만드는 물질이다. 동·식물은 다양한 환경에 적응하기 위해 여러 효능을 가진 천연물을 만든다. 천연물의 다양한 효능은 건강기능식품과 의약품에도 활용된다. 미 식품의약국(FDA)에 따르면 저분자 약물의 30% 이상이 식물 천연물을 기반으로 하고 있다.

천연물은 실제 생물에서 추출하는 것도 가능하지만, 산업에 활용하려면 대량 생산이 가능해야 한다. 천연물의 대량 생산은 생명체에서 일어나는 생합성 경로를 모사해 인공적으로 합성하는 방식이 있다. 하지만 복잡한 구조를 가진 천연물은 대부분 생합성 경로가 알려지지 않고 있다.

연구진은 AI를 이용해 천연물의 생합성 경로를 예측하는 기술을 개발했다. 생물이 천연물을 만드는 과정을 역추적하는 방식이다. 역추적 결과와 이미 알려진 경로를 조합하면 천연물이 만들어지는 과정을 예측할 수 있다. ‘리드레트로’라는 이름은 역합성 경로를 읽어내는 모델이라는 의미를 담아 지었다.

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 개발한 천연물 합성 경로 예측 인공지능(AI) 모델 '리드레트로'의 작동 장면. 리드레트로 홈페이지에서 누구나 사용할 수 있다./리드레트로 캡처

김 교수는 “식물이 어떻게 복잡한 천연물을 만들 수 있는지 이해하는 기초 연구부터 천연물 기반 의약품을 대량으로 생산하기 위한 합성생물학 연구까지 활용할 수 있을 것”이라며 “천연물 합성에 관여하는 효소 예측과 거대 분자의 합성 과정을 높이는 연구도 이어갈 예정”이라고 말했다.

연구진은 부산대와 공동으로 리드레트로를 온라인에 공개하기도 했다. 천연물 합성이 필요한 연구자라면 누구나 활용할 수 있다.

김 교수는 “연구자들이 리드레트로를 이용해 천연물의 활용 가치를 극대화할 수 있을 것”이라며 “천연물의 대량 생산이 가능해지면 경제적으로도 가치가 커질 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘뉴 파이톨로지스트’에 지난달 30일 소개됐다.

참고 자료

New Phytologist(2024), DOI: https://doi.org/10.1111/nph.20012

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