AI 설계 합성 고분자, 슈퍼박테리아 내성 뚫었다

인공지능(AI)이 설계한 합성 고분자가 항생제 내성균을 물리적으로 파괴해 슈퍼박테리아 저항을 회피하는 것으로 나타났다.

25일(현지시간) 애저라이프사이언스 보도에 따르면 미국 스탠퍼드 공과대학 연구진은 천연 펩타이드의 항균 방식을 모방하는 고분자를 찾아내는 AI 모델을 개발했다.

연구진은 170만개의 고분자 후보군을 만든 뒤 AI로 항균 특성을 예측했다. 항균 펩타이드 데이터는 풍부하지만 고분자 데이터는 부족해, 먼저 펩타이드의 화학적 특성을 학습시킨 뒤 이를 고분자에 적용하는 방식을 택했다.

에릭 애플 스탠퍼드대 재료과학 교수는 "이 분자들은 생화학적 기작이 아닌 물리적 기작으로 세균을 공격한다"며 "세균이 화학 약물을 거부하도록 진화하는 것보다 세포막 전체의 지질 구조나 표면 전하를 바꾸는 것이 훨씬 어렵다"고 설명했다.

연구진은 모델 간 의견이 가장 크게 갈리는 후보 20개를 골라 실험하고 그 결과를 다시 학습시켜 성능을 높였다. 이후 최종 10개 후보를 합성해 대장균을 대상으로 항균 활성을 평가했다.

그 결과 10개 후보 모두 기대 이상의 성능을 보였고, 한 후보는 기존 항생제로 치료가 어려운 생물막(바이오필름)에도 뛰어난 효능을 나타냈다.

쇼샤나 윌리엄스 전 스탠퍼드대 대학원 연구원은 "이 10개 후보는 지금까지 보고된 항균 고분자 중 가장 강력한 축에 속한다"고 말했다.

연구진은 이 기술이 대장균과 같은 그람음성균뿐 아니라 황색포도상구균 등 그람양성균에도 효과가 있다고 설명했다. 윌리엄스는 "수십 년간 그람음성균을 겨냥한 새 항생제 계열이 나오지 않았다"고 지적했다.

애플 교수는 "감염을 일으킨 특정 균주만 제거하고 인체 조직과 유익균은 보존하는 맞춤형 항생 고분자를 만들 수 있을 것"이라며 "이번 공정은 심각하고 복잡한 감염을 치료할 새로운 항생제를 찾는 유망한 길을 연다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '매터(Matter)'에 게재됐다.