과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 ‘과기정통부’)가 신약개발의 시간·비용 단축을 위한 인공지능·빅데이터 활용 플랫폼 구축에 착수한다고 밝혔다.

인공지능·빅데이터 관련 4개 전문기관(광주과학기술원, 경상대학교, 이화여자대학교, 한국화학연구원)이 참여하는 이 사업은 글로벌 바이오 강국 실현을 위한 ‘바이오경제 2025’ 및 ‘혁신성장동력 추진계획’의 일환으로 추진된다.

이 사업은 크게 인공지능 학습을 위한 화합물 빅데이터 플랫폼 구축과 약물-표적 간 관계, 약물작용 등을 예측하는 인공지능 플랫폼 개발로 이루어지며, 개발된 플랫폼은 연구자·기업이 자유롭게 사용할 수 있도록 내년 중 공개한다는 계획이다.

◆화합물 빅데이터 플랫폼 구축

우선 국가연구개발사업을 통해 한국화합물은행(국가 지정 화합물 관리·유통 전담기관으로, 2000년 이후 연구자들의 기탁·등록을 통해 약 55여만 종의 화합물을 수집·관리 중)에 축적된 연구데이터와 국내외 데이터베이스 등을 활용해 인공지능 학습을 위한 화합물 빅데이터 플랫폼을 구축한다.(한국화학연구원)

플랫폼은 화합물 별 효능, 약물성, 독성 등 주요 연구데이터 간 관계를 포함한 정형화된 관계형 데이터베이스를 기반으로 하며, 문헌데이터 등 비정형 데이터까지 입력, 분석하여 빅데이터화 할 수 있도록 텍스트 분석 요소를 도입한다.

(표)빅데이터 플랫폼 체계도

◆인공지능 플랫폼 개발 

다음으로 구축된 플랫폼에 문헌 분석(텍스트마이닝), 심화학습(딥러닝) 기술 등을 접목하여 약물-표적 상호작용, 약물동태·독성 등을 예측하는 인공지능 플랫폼을 개발한다.(광주과학기술원, 경상대학교, 이화여자대학교)

광주과학기술원(연구책임자 남호정 교수) 연구진이 개발하는 약물-표적 상호작용 예측 플랫폼은 화합물(약물) 및 단백질(표적) 정보를 기반으로 화합물-단백질 간 상호작용을 학습하며, 이를 통해 질병을 유발하는 단백질을 제어하는 화합물 구조를 예측하는 등 신약 후보물질을 발굴하거나, 알려진 화합물이 작용하는 단백질을 예측하여 기존 약물의 새로운 적응증을 찾는 데 기여한다.

(표)약물-표적 상호작용 예측 체계도

경상대학교-이화여자대학교(연구책임자 경상대학교 이근우 교수) 연구진이 개발하는 약물동태·독성 예측 플랫폼은 화합물의 인체 내 흡수, 분포, 대사, 배출 등의 약물동태 정보를 학습하며, 이를 통해 알려진 표적에 대해 흡수·배출이 잘 되고 독성이 낮은 화합물 구조를 예측하는 등 신약 후보물질을 발굴하는 데 기여한다.

또 인공지능 플랫폼의 정확도를 높이기 위해 실험을 통한 검증을 수행하여 예측 결과가 실제로 나타나는지 확인하고, 그 결과를 플랫폼이 다시 학습하도록 한다.

이를 통해 인공지능 플랫폼의 정확도 향상 뿐 아니라 암, 대사질환 등 주요 질환에 적합한 신약 후보물질을 발굴할 것으로 기대된다.

◆평균 5년 소요 후보물질 개발 기간, 최대 1년까지 단축 기대 

이번 사업이 성공적으로 추진될 경우 평균 5년이 소요되는 후보물질 개발 기간을 최대 1년까지 단축할 것으로 기대되며, 개발된 모형은 연구자·기업이 자유롭게 사용할 수 있도록 내년 중 공개할 예정이다.

이 플랫폼의 수요자는 결국 제약사 및 병원 등이므로, 개발 과정에서 제약사, 병원 등이 참여하는 전문 컨설팅 그룹을 구성, 운영한다는 계획이다.

과기정통부는 후보물질 발굴 뿐 아니라 신약개발 전 단계에 인공지능을 활용하는 방안을 민간·관계부처와 함께 모색한다는 계획이다.

이를 위해 4차산업혁명위원회 산하 ‘헬스케어 특별위원회’에서  복지부·산업부 등 관계부처와 공동으로 ‘(가칭) 국가 인공지능 활용 신약개발 전략’을 마련 중이며, 내년 추진하는 것을 목표로 ‘(가칭)인공지능 신약개발 플랫폼 구축 사업’을 위한 기획을 진행하고 있다.

과기정통부 김정원 기초원천연구정책관은 “바이오와 인공지능·빅데이터 기술이 만나면 신기원이 이루어질 것이다”며, “정부는 바이오와 D.N.A(데이터, 네트워크, 인공지능) 기술의 융합을 통해 혁신성장동력 발굴 뿐 아니라 국민의 삶의 질 향상에도 기여하도록 노력할 것이다”고 밝혔다.

한편 바이오분야 중 인공지능 활용을 통한 파급효과가 클 것으로 기대되는 분야로 신약개발이 손꼽히고 있다.

인공지능을 활용하면 신약개발에 소요되는 막대한 시간과 비용을 최대 절반 수준으로 단축할 것으로 기대되며, 관련 시장은 2024년 40억 달러에 이를 것으로 예측된다.

(표)신약개발 단계별 인공지능·빅데이터 활용 방안 

이에 과기정통부는 그간 국가연구개발사업을 통해 수집된 연구데이터에 인공지능을 접목하여, 인공지능·빅데이터를 활용한 신약개발의 가능성을 입증하기 위한 선도 사업을 추진한다.

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