KAIST, 노벨화학상 데이비드 베이커와 'AI 단백질 설계' 성공

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 이규리 교수가 노벨 화학상 수상자 데이비드 베이커 미국 워싱턴대학교 교수와 공동 연구를 통해 특정 화합물을 선택적으로 인식하는 인공 단백질을 인공지능(AI)으로 설계하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 이 교수는 AI-CRED 혁신신약 이노코어 연구단에 참여 중인 연구진으로서 연구를 수행했다.

이번 연구는 AI를 활용해 특정 화합물을 인식하는 단백질을 처음부터 설계하고 이를 실제로 작동하는 바이오 센서로 구현한 것이 특징이다.

기존에는 자연 단백질을 탐색하거나 일부 기능을 수정하는 방식이 주를 이뤘다. 이번 연구에서는 AI 기반 설계를 통해 원하는 기능을 갖는 단백질을 맞춤 제작하고 실험적으로 검증까지 완료했다.

특히 연구진은 스트레스 호르몬인 코티솔을 선택적으로 인식하는 단백질을 설계하고, 이를 기반으로 AI가 설계한 바이오 센서를 구현하는 데 성공했다. 이는 단백질 설계 분야의 오랜 난제였던 저분자 화합물 인식 문제를 해결한 사례로 평가된다.

이번 연구 성과는 향후 질병 진단, 신약 개발, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 혈액 속 바이오마커를 정밀 감지해 질병을 조기 진단하고 표적 치료제 개발에도 기여할 수 있다.

또 환경 오염 물질을 감지하는 센서 개발로 공기와 수질을 실시간으로 모니터링하는 등 맞춤형 바이오 센서 기술 구현이 가능해질 전망이다.

코티솔과 결합하는 신규 단백질을 이용한 유도 이합체 기반 코티솔 바이오 센서 설계 기술은 미국에서 임시 특허를 출원한 상태다.

이 교수는 "이번 연구는 AI를 활용해 특정 화합물을 정밀하게 인식하는 단백질을 설계할 수 있음을 실험적으로 입증한 것"이라며 "앞으로 질병 진단, 신약 개발, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 단백질 설계 기술로 확장해 나갈 계획"이라고 말했다.

이 교수가 제1저자로, 데이비드 베이커 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다.

한편, 이 교수는 지난해 2월 KAIST에 부임한 신임 교수로, 단백질 디자인 연구실을 이끌고 있다. 2018~2024년 베이커 교수 연구실에서 박사후연구원 및 전문 연구지원인력(Staff Scientist)으로 연구를 수행했다.

KAIST는 베이커 교수의 방한을 계기로 이날 오후 4시 KI 빌딩 퓨전홀에서 인공지능 기반 단백질 설계 및 생의학 연구의 최신 동향을 주제로 강연을 개최할 예정이다.

jongseo12@news1.kr