AI, 최초의 합성 바이러스 만들어내다

유전체 언어 모델은 박테리아와 같은 생물을 재설계할 엄청난 잠재력을 지니고 있다

런던의 클라이브 쿡슨

동영상 설명

AI가 설계한 Evo-Φ36 파지의 내부 밀도 지도

미국 과학자들이 자연계에 존재하지 않는 바이러스를 인공지능으로 처음 만들어냈다. 이는 의료 분야의 발전을 예고하는 합성생물학의 획기적 성과인 동시에, 생물안전과 생물보안에 대한 중요한 우려를 제기한다.

스탠퍼드대학교 연구진은 DNA에 암호화된 생명체의 유전 지침인 새로운 게놈을 작성하는 생성형 AI 프로그램 ‘Evo 2’를 개발했다. 연구진은 이 프로그램을 이용해 박테리아를 감염시키는 작은 바이러스인 합성 파지 16종을 설계하고 제작했다. 파지는 질병을 일으키는 박테리아를 제거하기 위해 항생제 대신 사용되기도 한다.

연구진은 보안이 확보된 실험실에서 시험한 결과, 이 새로운 파지들이 Evo 2가 설계의 기반으로 삼은 천연 파지 ΦX174보다 흔한 미생물인 대장균(E. coli)을 제거하는 데 더 효과적이라는 사실을 확인했다. 연구 결과는 목요일 학술지 사이언스에 게재됐다.

프로젝트 책임자인 브라이언 히는 “이번 연구는 생성형 설계가 기능을 온전히 갖춘 게놈을 생성할 수 있다는 사실을 처음으로 보여주는 개념 증명”이라며 “파지는 작은 바이러스이고 연구가 잘 이뤄져 있으며 분자생물학과 치료 분야에서 폭넓게 활용될 수 있기 때문에 연구 대상으로 선택했다”고 말했다.

이 접근법은 향후 박테리아 같은 더 큰 유기체로, 나아가 더욱 복잡한 생명체로까지 확장될 수 있다고 그는 덧붙였다.

DNA 합성업체 Genyro의 최고경영자(CEO)이자 유전체학 전문가인 Adrian Woolfson은 “Brian Hie의 획기적인 논문이 지닌 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다”며 “이는 생물학에서의 라이트 형제의 순간이다. 진화가 만들어낸 존재들을 곁눈질로 바라보는 일을 멈추고 . . . 미래의 생물학적 가능성이 펼쳐진 광활한 영역과 마주하는 순간”이라고 말했다.

파지 치료법은 동유럽에서 수십 년 동안 사용돼 왔다. 특정 파지를 환자의 정확한 세균 균주에 맞춘 뒤 국소 도포, 주사 또는 경구 투여 방식으로 감염 부위에 전달한다. 필요한 절차가 복잡하고 세균이 내성을 진화시킬 가능성이 있다는 점 등을 포함한 여러 이유로 서구에서는 널리 활용되지 않고 있다.

스탠퍼드대 연구팀의 또 다른 구성원인 Samuel King은 AI가 파지 치료법의 부활을 이끄는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 그는 “무서운 항생제 내성 병원체의 출현에 관한 증거가 더 많이 나오면서 혁신적인 대안이 필요해질 것이며, 파지 치료법은 분명 그중 하나”라고 말했다.

안전을 위해 스탠퍼드대의 초기 연구는 비병원성 대장균(E. coli) 균주를 기반으로 진행됐으며, 동물과 식물을 구성하는 더 복잡한 세포를 감염시킬 수 있는 바이러스에 대해서는 학습하지 않은 유전체 언어 모델을 사용했다. 그러나 향후 이 기술은 훨씬 더 광범위한 바이러스를 아우르고, 자연 유전체에서 시작하지 않고도 완전히 새로운 유기체를 설계하는 단계로 확장될 수 있다.

Evo 2는 오픈소스로 공개돼 누구나 무료로 다운로드해 새로운 유전체를 직접 설계할 수 있다.

히에는 “현재로서는 이 연구를 상용화할 계획이 없다”고 말했다. “우리는 자선기금과 정부 보조금으로 운영되는 학술 연구실이다. 건강과 인류에 미칠 잠재적 이익이 막대한 만큼, 가능한 한 많은 사람이 활용할 수 있도록 기초 기술을 공개하는 것이 우리의 책임이다.”

히에는 악의적인 행위자들이 생물테러 목적으로 이 AI 도구를 개조할 수 있다는 위험보다 이러한 이점이 더 크다고 주장했다. 그러나 Johns Hopkins University의 Center for Health Security 소속 Thomas Inglesby와 Moritz Hanke는 같은 호의 Science에서 이번 연구가 “긴급한 생물안전 및 생물보안 문제를 제기한다”고 경고했다.

Inglesby와 Hanke는 Stanford 과학자들이 연구에서 취한 예방조치를 높이 평가하면서도 다음과 같이 말했다. “기존 거버넌스 체계로는 생성형 유전체학을 감독하기에 충분하지 않다 . . . 이제 문제는 생성형 바이러스 유전체 설계가 존재하게 될 것인지 여부가 아니다. 사회가 심각한 피해를 초래하는 데 악용되는 것을 막으면서도 그 혜택이 실현되도록 하는 감독 체계를 구축할 수 있는지가 문제다.”

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