[디지털비즈온 송민경 기자] 노벨상 수상자 데이비드 베이커(David Baker) 교수가 이끄는  미국 워싱턴대학교연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 완전히 새로운 효소를 설계하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구진은 이번 성과를 "과학의 위대한 도전 중 하나"라고 평가했으며, 이를 GeekWire, GEN 등 생명공학 관련 외신에서 보도했다.

효소는 자연의 마법사라 불리는 단백질로, 온화한 조건에서도 분자를 변형시키고 빠른 화학 반응을 유도하는 역할을 한다. 모든 생명체의 세포에서 필수적인 기능을 수행하며, 이미 의약품 생산과 산업 공정에서 활용되고 있다. 이번 연구를 통해 개발된 효소 설계 기술은 향후 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

과거 연구자들은 기존 단백질을 조합해 새로운 효소를 만드는 ‘프랑켄슈타인 방식’을 사용했으나, 이러한 방법으로 제작된 효소는 원하는 기능을 완벽하게 수행하지 못하는 경우가 많았다.

연구 공동 저자인 샘 펠록(Sam Pellock)은 "이전 방식은 마치 중고 의류 매장에서 맞춤 정장을 찾는 것과 같았다"고 비유하며, "필요한 요소를 포함하고는 있지만, 완벽하게 맞아떨어지지는 않았다"고 말했다.

이번 연구에서는 베이커 연구팀이 개발한 AI 기반 단백질 생성 모델(오픈소스)인 ‘RFdiffusion’과 새로운 설계 도구인 ‘PLACER’를 결합해 최적의 신생 효소 후보군을 도출했다. 연구진은 이러한 AI가 설계한 효소를 실제 실험을 통해 검증했다.

샘 펠록(Sam Pellock)은 "아직 자연 발생 효소만큼 완벽하지는 않지만, 기존 방식으로 만들어진 인공 효소 중 가장 뛰어난 성능을 보였다"고 언급하며, "컴퓨터가 설계한 효소가 높은 정확도로 원하는 기능을 수행했다"고 설명했다.

이번 연구 성과는 자연에서 존재하지 않는 새로운 효소를 인공적으로 설계하고, 이를 실용적으로 활용할 가능성을 제시한 중요한 전환점이 되었다. 연구팀의 또 다른 공동 저자인 키에라 스미다(Kiera Sumida)는 AI로 설계된 효소를 활용해 플라스틱 폐기물을 분해하는 연구를 진행하고 있다.

그는 "플라스틱은 진화적 관점에서 매우 새로운 물질이기 때문에, 이를 분해할 수 있는 효소가 자연적으로 충분히 발달하지 않았다"며, "특정 플라스틱을 분해하는 자연 효소는 존재하지만, 모든 종류의 플라스틱을 처리할 수 있는 효소가 필요하다"고 설명했다. 연구팀은 AI 기술을 활용해 다양한 플라스틱 유형에 맞춘 맞춤형 효소를 설계할 계획이다.

연구진은 오랫동안 만족스러운 성과를 거두지 못했던 효소 설계 분야에서 AI를 활용한 새로운 접근 방식이 혁신을 가져올 것이라며 기대감을 나타냈다.