AI 기반 미생물 바이오센서 집합체 개념도(사진제공:생명연)© 뉴스1

한국생명공학연구원(이하 생명연)은 합성생물학전문연구단 김하성 박사팀이 AI와 인공미생물을 결합해 유해물질을 식별하는 신기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

향후 생물공학, 합성생물학, 환경모니터링 분야에서 인공지능 기술의 활용성을 높여가는 계기가 될 것으로 기대된다.

유해 화합물질은 산업폐기물, 잔류농약에서 다양하게 발생해 인체 및 동물 내에서 환경호르몬 등의 부작용을 유발한다.미생물에는 유해물질을 감지하는 다양한 유전자들이 분포하며, 이를 조합한 유전자회로를 구성해 새로운 바이오센서를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 바이오센서의 부품 단백질의 오작동이 바이오센서 연구의 정확성과 실용성을 저하시키고 있다. 바이오센서의 경우 활용할 수 있는 센서의 수가 한정적인 문제로 인공지능 기술의 접목이 어려웠다.

유전자회로 기반 고속 탐색기술(사진제공:생명연)© 뉴스1

연구팀은 이러한 한계를 인공적인 단백질 변이를 유발해 극복했다. 즉, 변이 단백질들을 여러 개로 만들고 여기에서 얻어지는 다양한 신호들을 모아들인 빅데이터를 생성해 인공지능 모형을 적용한 것이다.

연구팀의 인공지능 모형은 11개의 유해물을 최대 약 95.3%의 정확도(true positive rate)로 식별할 수 있었다. 이는 기존 단일 바이오센서만을 사용하는 경우에서 40% 이하의 정확도를 보인 것에 비하면 매우 높은 수준이다.

또, 유해물 검출한계도 약 75배 이상 향상돼 작은 양으로도 검출이 가능해졌다.
  
연구책임자인 이승구 박사는 “인공 유전자회로 연구는 논리적 구동이 가능한 합성생물학으로 발전하는 통로가 될 것”이라며 “이번 연구는 인간의 학습능력과 같이 기계가 학습하도록 구현한 알고리즘인 머신러닝을 통해 이를 가속시킬 수 있음을 보여준다” 고 밝혔다.

이번 연구성과는 생물공학 분야 저명 저널인 ‘바이오센서스엔바이오일렉트로닉스’ 9월30일자 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr