中 '슈퍼컴퓨터+AI 기술'로 신약 개발에 박차

광둥(廣東)성 광저우(廣州) 국가슈퍼컴퓨터센터에 설치된 중국 톈허(天河) 2호의 모습. (사진/신화통신)

 중국 과학 연구진이 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터와 인공지능(AI)을 이용해 신약 개발에 박차를 가하고 있다.

최근 발표된 전 세계 슈퍼컴퓨터 상위 500대 중 10위권에 든 톈허(天河) 2호는 신약개발 플랫폼으로 사용되고 있다. 연구진은 여기에 AI 기반의 알고리즘을 통해 기계를 한 단계 더 '스마트' 업그레이드할 계획이다.

중산(中山)대학과 베이징 소재의 AI 스타트업 싱야오커지(星藥科技·Galixir) 소속 과학자, 그리고 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)과 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 과학자들은 톈허 2호로 천연물(NPs)이나 NP 화합물의 생합성 경로를 예측할 수 있는 실용적인 딥 러닝 툴킷에 대한 연구를 발표했다.

천연물은 신약 및 의약품 개발의 주요 원천이다. 미국 FDA가 승인한 저분자의약품의 60% 이상이 천연물 또는 천연물 유래 파생물이다.

지금까지 30만여 개의 천연물이 기록됐지만 생산 방법이 복잡해 기질이나 제품으로 개발된 것은 10분의 1에 불과하다. 따라서 슈퍼컴퓨터의 도움이 절실하다는 설명이다.

국제 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)의 최근 연구 결과에 따르면 연구진은 기존 생화학 규칙을 적용할 필요 없이 최적의 방식으로 단순 결합 차단에서 NP 생합성 경로를 명시할 수 있는 '바이오내비NP(BioNavi-NP)'라는 툴킷을 발표했다.

이번 연구는 해당 툴킷이 368개 테스트 화합물의 90.2%에 대한 생합성 경로를 성공적으로 식별할 수 있음을 보여줬다.

또한 연구진은 기존 효소 예측 도구를 결합해 생합성 경로를 예측할 수 있는 사용자 친화적 웹 서버를 공개했다. 이 덕분에 종(種, 생물 분류의 기초 단위)과 효소의 예상 선호도를 기반으로 해당 경로의 생물학적 타당성을 평가할 수 있게 됐다.

관련 천연물 분자를 온라인 툴킷에 입력하면 단 수 분 만에 합성 가능한 여러 방법을 예측할 수 있다.

톈허 2호의 강력한 병렬 연산 기능과 맞춤형 그래픽처리장치(GPU) 리소스는 결과 산출의 속도를 올렸다. 톈허 2호의 도움으로 트레이닝 및 테스트 시간은 기존 2주 이상에서 하루로 단축됐다.

중국의 슈퍼컴퓨터 톈허 2호는 건강 및 의학 연구를 촉진하는 데 널리 사용되고 있다.

얼마 전에는 톈허 2호와 AI 기반 모델인 엡스타인-바 바이러스 넷(EBVNet)을 사용해 위암 유형을 식별하는 툴을 발표했다. 해당 툴은 관련 업계에서 가성비가 높다는 평가를 받고 있다.

또 톈허 2호의 유전자 검사 모델은 고위험군 환자에게서 비인두암의 징후를 효과적으로 발견할 수 있다는 연구 결과도 공개됐다. 두 연구 모두 네이처 커뮤니케이션에 5월과 4월 각각 발표됐다.

이 밖에도 3월 국제 학술지 셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)에 발표된 연구 결과에 따르면 중국 과학진은 톈허 2호를 사용해 코로나19의 합병증 치료와 관련된 세 가지 화학 물질을 발견했다.

중국 과학자들은 또한 톈허 2호에서 딥 러닝을 기반으로 한 세계 최초의 모델을 실행, 안구 이미지를 사용한 비침습적 방법으로 간 및 담도 질환을 식별해 냈다. 해당 연구 결과는 지난해 란셋 디지털 헬스(Lancet Digital Health)에 게재됐으며, 중산대학 산하 중산안과센터의 클라우드 플랫폼에 적용됐다