구글, 단백질 구조 설계 ‘AI 모델’ 공개
신약후보물질 발굴 기간 획기적 단축
리커전, 세계 1위 AI 신약개발社 인수
바이엘 등 빅파마도 리커전과 파트너십
바둑 인공지능(AI) ‘알파고’로 유명한 구글 딥마인드는 최근 자사 블로그를 통해 단백질 구조를 설계해주는 AI 모델 ‘알파프로티오’를 공개했다. 단백질의 구조를 예측하는 AI인 ‘알파폴드3′를 선보인 지 약 3개월 만이다. 전작인 ‘알파폴드2′를 내놓고 알파폴드3를 공개하는 데까지 3년이 걸린 것에 비하면 개발 속도가 비약적으로 빨라진 것이다.
AI를 활용한 신약 개발이 ‘게임 체인저’로 떠오른 가운데 제약·바이오 기업 간 개발 속도전이 벌어지고 있다. 빅테크 기업들이 잇따라 AI 신약 개발 모델을 발표하고, 빅파마(대형 제약사)들의 투자가 이어지는 등 경쟁이 심화하면서 “AI로 개발한 혁신 신약을 먼저 출시하는 기업이 승기를 쥐게 될 것”이라는 전망이 나온다.
게티이미지뱅크
◇단백질 구조 예측 넘어 설계까지
알파폴드 시리즈가 단백질 구조를 예측해 신약 개발의 약물 후보군 탐색에 활용된 데 비해, 이번에 나온 알파프로티오는 약물이 어떤 분자 구조를 가질지까지 직접 설계할 수 있다. 단백질은 아미노산의 결합체다. DNA가 짠 설계도에 따라 아미노산이 어떻게 결합하고, 결합 후 어떤 형태가 될지 결정된다. 이 구조에 따라 생체 조직의 성장과 유지, 호르몬 분비와 억제 등 다양한 기능을 갖게 된다. 현재는 단백질 구조를 파악하기 위해 암세포에 인위적으로 X선을 쏘는 등 처리를 하고, 이에 대한 반응을 일일이 확인하는 방식을 쓰고 있어 신약 후보 물질 발굴에 수년이 걸린다. 알파프로티오는 이런 과정을 획기적으로 줄일 수 있는 것이다.
구글 딥마인드 연구진은 알파프로티오를 개발하기 위해 알파폴드의 단백질 구조 예측 데이터 1억 건 이상을 학습시켰다. 알파프로티오에 코로나19 바이러스 등 7개 단백질에 대한 신약 후보 물질 도출을 요구했더니 기존 방법으로 발견한 조합보다 최대 300배 이상 강한 결합력을 보이는 단백질 구조를 제시했다. 알파프로티오가 도출한 단백질 구조가 코로나19 바이러스 중화 효과를 보이는 것으로 확인됐다. 구글 딥마인드 측은 “최종적으로 나쁜 단백질(TNF ɑ 등)과 같은 어려운 표적에 대응하는 것을 목표로 알파프로티오의 개선과 확장을 지속할 것”이라고 밝혔다.
구글은 알파폴드 시리즈를 기반으로 자회사 아이소모픽 랩스에서 신약 개발에 나섰다. 올 초 JP모건 콘퍼런스에서는 일라이릴리와 17억달러(약 2조2000억원), 노바티스와 12억달러의 신약 물질 개발 계약을 체결했다.
그래픽=이진영
◇국내 제약사도 AI 투자… ”결과 내야 승자”
AI 신약 개발 분야의 투자 규모는 폭증하고 있다. AI에 필수인 GPU(그래픽 처리 장치)로 유명한 엔비디아가 투자한 것으로 이름을 알린 신약 개발사 ‘리커전 파마슈티컬스’는 지난달 영국 AI 신약 개발 기업 엑센시아를 6억8800만달러에 인수했다. 이는 역대 AI 신약 분야 M&A(인수 합병) 중 가장 큰 규모다. 이 회사는 AI 신약 개발 회사 중에서 글로벌 1위 경쟁력을 지니는 것으로 평가된다. 머크, 바이엘 등 빅파마도 리커전 파마슈티컬스와 파트너십을 체결했다.
일라이릴리는 지난 5일 RNA 전문 업체 지네틱 립(Genetic Leap)과 최대 4억9000만달러의 선불 및 마일스톤 지급계약을 하고 AI 신약 개발을 함께하기로 했다. 지난 6월 오픈AI와 생성형 AI를 향균제 개발에 이용키로 하는 협약을 체결한 데 이어 AI 신약 개발에도 추가 투자를 결정한 것이다.
국내 제약사도 AI 신약 개발에 적극 나서고 있다. JW 중외제약은 지난달 AI 기반 신약 연구·개발 통합 플랫폼 ‘제이웨이브(Jwave)’를 본격 가동한다고 밝혔다. 제이웨이브는 JW중외제약이 자체 구축한 AI 신약 개발 플랫폼으로, 기존에 운영하던 빅데이터 기반 약물 탐색 시스템인 ‘주얼리’와 ‘클로버’를 통합하고, AI 모델의 적용 범위를 대폭 확장한 것이 특징이다. 대웅제약도 8억 가지 화합 물질 데이터베이스에 AI를 접목한 ‘데이지’를 자체 개발했다. 유한양행, 한미약품, 동아에스티, 보령 등 제약사도 AI 신약 개발 스타트업과의 협업을 알렸다.
업계에서는 AI를 활용해 발굴한 후보 물질로 신약을 출시하는 기업이 최종 승자가 될 것으로 보고 있다. 현재까지 신약 개발 AI가 발굴한 후보 물질 중 시장에 나온 신약은 없다. 글로벌 투자 은행 TD 코웬은 지난해 보고서를 통해 “AI는 이미 제약·바이오 회사들에 신속한 R&D(연구·개발) 결과를 제공하면서 비용 효율을 실현하고 있다”며 “성공적으로 신약 개발까지 이뤄내는 기업이 시장을 장악하게 될 것”이라고 전망했다.
그래픽=조선디자인랩 정다운