우리 연구진이 미생물 성장 핵심 대사 반응을 규명할 수 있는 인공지능(AI) 기술 개발에 성공했다.
한국연구재단은 윤성호 건국대 교수 연구팀이 AI와 가상세포 기술을 활용해 다양한 영양 조건에서 미생물 성장을 촉진하거나 저해하는 대사 반응을 규명했다고 14일 밝혔다.
세포의 대사과정 이해를 위해선 성장을 촉진하거나 저해하는 대사 유전자 및 경로를 식별하는 것이 중요하다. 그러나 수천 개 유전자, mRNA, 단백질, 대사물질이 서로 복잡하게 얽혀 있는 미생물 시스템 내에서 세포 성장에 직접적으로 영향을 미치는 대사 반응을 실험적으로 규명하는 것은 많은 시간과 자원이 필요하다.
연구팀은 가상세포로부터 예측된 대사 반응 데이터와 다양한 성장 데이터를 통합 분석하는 머신러닝 및 딥러닝 모델을 개발, 연구에 널리 쓰이는 모델 미생물인 대장균 K-12를 대상으로 30가지 주요 영양 조건에서의 균주 성장에 중요 또는 저해되는 대사경로를 도출했다.
그 결과 생합성(생명체가 유기물질을 합성하는 대사 과정) 경로는 대부분의 탄소원에서 성장을 촉진하지만, 에너지 생성 경로의 중요도는 탄소원에 따라 달라지는 것을 확인했다.
또 예측된 주요 대사 반응은 유전자 조작 실험과 배양실험을 통해 검증했다. 실제 대장균이 아세트산을 탄소원으로 이용할 경우 피루브산 산화과정이 균체 성장을 저해한다고 예측됐으며, 이를 차단하면 성장이 촉진된 것으로 확인됐다.
윤 교수는 “유전체 설계를 통한 맞춤형 미생물 제작 및 최적의 생산 전략 수립에 중요하게 이용될 수 있다”며 “향후 다양한 생명현상 연구에 확대 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구성과는 시스템생물학 분야 국제학술지 몰레큘러 시스템즈 바이올로지에 지난달 30일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
