"한 문장으로 단백질 설계"…중국 연구진, 네이처에 AI 모델 공개

중국 연구진이 문장 하나만으로 원하는 기능의 단백질을 설계하는 인공지능(AI) 기반 모델을 개발해 국제학술지 네이처에 발표했다.

21일(현지시간) 네이처에 따르면 시후대학(西湖大学) 원파제·류젠밍, 홍콩과기대(광저우) 루훙위안, 중국과학원 선전첨단기술연구원 쓰퉁 연구진은 자연어 설명만으로 후보 단백질을 설계하는 기초 모델 '파이널(Pinal)'을 공개했다.

파이널은 160억개의 매개변수를 갖췄으며, 17억쌍의 합성 단백질-텍스트 데이터로 학습했다. 이를 통해 기능에 대한 자연어 설명을 후보 단백질의 서열과 구조로 직접 변환한다.

기존 설계 모델은 천연 단백질을 최적화 출발점으로 삼거나, 기능 목표를 기하학·서열 차원의 제약 조건으로 수동 변환해야 했다. 연구진은 이 같은 기술적 장벽이 단백질 설계의 접근성을 떨어뜨리고 탐색 가능한 기능 공간을 제한해 왔다고 설명했다.

계산 평가에서 파이널이 생성한 후보 단백질은 높은 예측 접힘성과 기능 설명 정합성, 서열 다양성을 함께 보였다. 연구진은 형광단백질, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 가수분해효소, 알코올탈수소효소, 대사 H단백질 등 네 가지 설계 과제에 적용해 모두 기대한 기능을 실험으로 확인했다.

특히 반복적인 실험 최적화 없이 설계한 H단백질은 다중효소 이산화탄소(CO₂) 고정 경로에서 산물 농도를 천연 대장균 H단백질 대비 1.7배 높였다.

연구진은 이번 결과가 자연어를 단백질 설계의 고급 인터페이스로 활용할 수 있음을 뒷받침하며, 구조·서열 제약 조건의 수동 지정 의존도를 낮춘 탐색을 가능하게 한다고 밝혔다.