분자판 구글 검색 나왔다…UC샌디에이고 '스트럭처매스' 개발

미국 연구진이 수십억 개의 분자 정보를 인터넷 검색처럼 쉽게 찾을 수 있는 웹 기반 플랫폼을 개발해 신약 개발 및 질병 연구에 새로운 지평을 열었다.

캘리포니아대학교 샌디에이고(UC 샌디에이고) 및 리버사이드 캠퍼스가 이끄는 국제 공동 연구팀은 15일(현지시간) 대사체학(metabolomics) 공개 데이터를 쉽게 검색할 수 있는 무료 플랫폼 '스트럭처매스(StructureMASST)'를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지'에 게재됐다.

대사체학은 세포 활동의 최종 산물인 아미노산, 지질 등 작은 분자(대사산물)를 대규모로 연구하는 학문이다. 유전, 식단, 환경, 질병에 따른 생화학적 변화를 전체적으로 파악할 수 있어 중요하다. 하지만 기존에는 방대한 공개 저장소에서 특정 분자를 검색하려면 전문가 수준의 지식이 필요했고 검색 범위도 제한적이었다.

'스트럭처매스'는 웹 검색 엔진과 유사한 색인(indexing) 기술을 활용해 이 문제를 해결했다. 연구진은 주요 공개 대사체학 저장소의 모든 데이터를 통합하고, 각 분자의 고유 서명인 화학 스펙트럼에 유기체, 질병, 샘플 유형, 지리적 환경 등 관련 정보를 태그로 연결했다. 이를 통해 사용자는 화학명이나 분자 구조를 나타내는 텍스트(SMILES 문자열)를 입력하는 것만으로 수십억 개의 데이터 속에서 원하는 분자 정보를 즉시 찾을 수 있다.

연구 책임 저자인 피터 도렌스테인 UC 샌디에이고 교수는 "웹 검색 엔진이 전 세계 웹을 색인화한 것처럼, 우리는 분자에 대해 본질적으로 동일한 작업을 수행했다"라며 "이 플랫폼은 특정 분자가 어떤 장기에서 발견되는지, 어떤 유기체가 생성하는지, 어떤 건강 상태와 관련 있는지 등을 알려줄 것"이라고 설명했다.

연구팀은 플랫폼의 성능을 검증하기 위해 실제 화합물을 대상으로 시연했다. 카페인 분자 구조를 검색하자 커피 식물뿐만 아니라 인간의 혈액, 모유, 미생물 배양액 등에서 6000개 이상의 스펙트럼 파일이 즉시 확인됐다. 또한 심장약 아미오다론을 추적해 수십 개 인체 조직에 걸친 약물 노출 및 대사 과정을 상세히 파악하기도 했다.

이외에도 특정 박테리아가 생성하는 철분 흡착 화합물이 낭포성 섬유증, 류마티스 관절염 등 만성 질환 환자에게서 발견되는 것을 확인했다. 이는 해당 분자가 인체 내 면역 조절이나 기회감염에 역할을 할 수 있음을 시사한다. '스트럭처매스'는 공개 라이브러리의 오류 데이터를 표시하는 품질 관리 기능도 갖췄으며, 새로운 정보가 추가됨에 따라 지속적으로 업데이트된다.

연구팀은 '스트럭처매스'가 방대한 분자 데이터를 실용적인 통찰력으로 전환함으로써 의학, 기초 생물학, 환경 과학 발전에 필수적인 도구가 될 것으로 기대했다. 이 플랫폼은 새로운 가설을 생성하고, 질병의 분자 바이오마커와 치료 표적 발견을 가속화하는 데 기여할 전망이다.