가톨릭중앙의료원, DNA부터 단백질까지 읽는 바이오 AI 개발

[더파워 이설아 기자] DNA와 RNA, 단백질 등 서로 다른 생명정보를 하나의 인공지능 모델이 통합 학습해 질병과 치료 반응을 예측하는 연구가 추진된다. 가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원은 고태훈 의과대학 의료정보학교실 교수가 과학기술정보통신부 ‘바이오멀티모달 파운데이션 모델 구축 사업’의 주관연구책임자로 선정됐다고 29일 밝혔다.

연구 주제는 ‘중심원리 기반 범질환 멀티오믹스 파운데이션 모델 개발’로, 향후 5년간 정부지원금 76억원이 투입된다. 연구팀은 공개된 DNA와 RNA, 단백질, 후성유전체 데이터를 수집·표준화해 생명정보의 흐름을 한꺼번에 분석할 수 있는 인공지능 모델을 구축할 계획이다.

기존 바이오 인공지능은 유전체와 전사체, 단백질체 등 개별 데이터를 따로 분석하는 방식이 많아 질병 발생과 치료 반응에 관여하는 분자 간 상호작용을 종합적으로 해석하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 유전정보 전달 과정을 인공지능이 통합적으로 학습하도록 해 데이터 간 연결성을 분석하는 데 초점을 맞췄다.

핵심 모델인 ‘CD-OMNI’는 DNA와 RNA, RNA와 염색질 접근성, RNA와 단백질 사이의 관계를 각각 학습한 뒤 이를 하나의 멀티모달 파운데이션 모델로 결합하는 구조다. 일부 생명정보가 누락된 상황에서도 다른 데이터를 바탕으로 분석을 이어갈 수 있도록 설계해 실제 연구 현장에서의 활용도를 높인다는 구상이다.

연구팀은 해당 모델을 바탕으로 유전변이에 따른 유전자 발현 예측과 변이 해석, 신경발달장애 예측, 가상세포 약물반응 분석, 난치성 혈액암 치료반응 예측 기능을 개발·검증한다. 학습에 활용한 고밀도 멀티오믹스 데이터셋과 모델은 연구기관과 산업계가 활용할 수 있도록 공개하는 방안도 추진한다.

이번 연구는 가톨릭대학교 산학협력단이 주관하며 연세대학교와 고려대학교가 공동연구기관으로, 한국과학기술정보연구원이 협력기관으로 참여한다. 각 기관 연구진은 유전정보의 전사와 조절, 번역 과정에 해당하는 모델을 나눠 개발한 뒤 범질환 분석이 가능한 통합 모델로 확장할 예정이다.

고태훈 교수는 “DNA와 RNA, 단백질로 이어지는 생명정보의 흐름을 인공지능이 통합적으로 학습하도록 하는 것이 이번 연구의 핵심”이라며 “질병 기전 규명과 신약개발, 정밀의료 연구에 활용할 수 있는 공개형 바이오 파운데이션 모델을 구축하겠다”고 말했다.

이설아 더파워 기자 seolnews@thepowernews.co.kr