인공지능, 코로나19 치료제 개발에서도 역할 커져

백신 후보물질 검색, 전임상 과정에 막대한 시간과 비용 소모
기존 약물 검색 과정에 인공지능 활용해 효율성 높여
사람마다 다른 감염 기전 고려한 약물 검색도 가능

[바이오타임즈] 신약은 하루아침에 만들어지는 게 아니다. 아무리 효과가 뛰어난 후보 물질이 개발된다고 하더라도 시장에 나오려면 최소 8년에서 길면 20년이 걸리기도 한다. 그 이유는 후보물질의 검색 과정과 전임상, 독성 연구에 막대한 시간과 비용이 소모되기 때문이다. 이러한 단점을 보안하기 위해 최근에는 인공지능(AI)을 활용해 기존 약물의 효과를 검증하는 기술이 주목받고 있다.

인공지능으로 시판 중인 약물 검색해 코로나19 치료제 개발

특히, 인공지능을 활용한 약물 검색은 최근 코로나19 바이러스가 장기화되면서 전 세계가 주목하고 있다. 현재 전 세계가 코로나19 팬데믹으로 신약 및 치료제 개발이 급급한 상황이기 때문이다. 2020년 8월 3일 기준, 누적 확진자는 1,800만 명, 사망자는 68만 명에 달하고 있지만, 아직도 개인위생과 방역 수칙 준수가 유일한 해결책이다. 이는 사회적으로나 경제적으로 막대한 피해를 가져오며, 사람들의 심리와 행동을 위축하게 하고 있다.

이에 많은 나라들이 개발 기간을 최대한 앞당기기 위해 최근에는 시판되고 있는 약물 중 환자에게 효과가 있는 약물을 검색하는 방법을 고려하고 있는데, 이 과정에 인공지능 기술이 적용되고 있다. 즉, 수백만 개의 화학물질에 대한 대량의 정보를 고속으로 가상검색(Virtual Screening)하여 치료 후보물질을 찾아내거나 새로운 물질을 합성하는데 활용하는 것이다.

기존의 약물을 활용하는 방법은 굉장히 효율적이다. 시판되고 있는 약물의 경우 독성이나 부작용이 이미 검증된 상태이기 때문이다. 따라서 약물의 효능만 검증되면 시장에 바로 내보낼 수 있다. 또한, 약물 생산 과정에 필요한 인프라 역시 갖춰져 있어 임상시험이 끝나면 곧바로 대량 생산이 가능하다는 장점도 있다. 또한 인공지능은 임상시험에서 대상 환자를 선정하는 과정에도 활용된다.

하지만 코로나19 바이러스의 경우 데이터가 제한된 수준이기 때문에 현재 시점에서 인공지능 플랫폼을 적용한다는 것은 많은 어려움이 따른다. 현재 많은 제약사들이 인공지능 기반 플랫폼을 통해 코로나19에 대한 치료제를 개발하고 있다. 이들이 활용 중인 대표적인 인공지능 기술은 다음과 같다.

인공지능 플랫폼 기반 코로나19 치료제를 개발 중인 회사와 기술(출처: ETRI)

	기본정보	기술현황
Benevolent AI	영국에 본사가 있으며, 인공지능 약물 발굴 업체로서 상당한 경험이 있다. 최근 AAK1가 코로나19에 효과적임을 확인, 이를 기반으로 임상을 진행 중이다.	문헌을 근거로 한 데이터 마이닝 기술과 네트워크 분석기술, 그리고 단백질 및 컴파운드 분자의 머신러닝 기반 분석을 하고 있다. 특히 빅데이터로부터 데이터 추출 및 정제기술을 통해 노이즈가 낮은 데이터 마이닝 기술이 장점이다. 또한 분자설계모델에 대한 벤치마킹 프레임 워크, GuaceMol이 구축되어 있어 지속적인 모델의 업데이트가 유지되고 있다. 사용하고 있는 머신러닝 알고리즘은 심층 신경망 모델 및 symbolic 인공지능을 균형 있게 사용하고 있다.
Innoplexus	독일/미국/인도에 회사가 있으며, 환자 데이터를 토대로 하여 코로나19에 대한 치료제 후보군으로 클로로퀸이나 렘데시비르 등에 대한 잠재력을 평가하였으며, 이 밖에 다양한 약물들을 도출하였다.	Innoplexus에서 개발한 독자적 인공지능 플랫폼과 빅데이터(300테라바이트), 그리고 수 천명의 환자 데이터를 인공지능 플랫폼에 적용했다. 인공지능 플랫폼은 발현 데이터, 분자의 경로, 약물 결합 친화도, 임상 데이터가 적용된다. 이들이 보유하고 있는 특허들은 블록체인을 이용한 기밀 데이터의 통합관리 시스템, PDF 파일에서 데이터를 추출하기 위한 시스템, 네트워크 분석 등이 포함되어 있다.
Vanti AI	미국 뉴욕에 본사가 있으며, 최근 코로나19 감염 관련 300개의 리드 물질을 선별 중이다.	Vanti AI 플랫폼은 생물 물리학을 기반으로 단백질 상호간의 모델링을 하고 있다.

그렇다면 코로나19에 대응하기 위해서는 어떤 기준으로 약물을 검색해야 할까? 현재 코로나19 바이러스 치료에 효과적인 약물을 검색하는 과정은 바이러스 자체와 바이러스에 감염된 세포와의 상관관계를 분석하는 데 초점이 맞춰져 있다. 최근 바리시티닙(Baricitinib)이 주목 받는 이유도 바이러스 감염 기전을 차단하는 효과와 함께 환자를 사망에 이르게 하는 병증인 사이토카인 폭풍을 제어할 수 있기 때문이다. 이는 ‘항바이러스’와 ‘항염증’이라는 두 가지 목적을 달성할 수 있어 치료제로서 적합하다는 평가다.

인공지능으로 확인된 Baricitinib의 이중 효과

감염성 바이러스 대응해 맞춤형 약물 처방도 가능해질듯

인공지능을 활용한 약물 검색 기술은 코로나19 팬데믹을 맞아 더욱 발전을 거듭하고 있다. 또한, 향후 더 다양한 분야의 신약 개발 과정에 적용할 수 있을 것으로 보인다. 하지만 최근 코로나19 바이러스 치료에 도움이 된다고 보고된 클로로퀸과 일부 약물이 제대로 된 효과를 보여주지 못하고 있어 우려가 크다. 이러한 오차가 생긴 이유는 바이러스의 특성상 다양한 변이가 일어나고, 사람마다 감염 기전과 면역회피기전이 다르기 때문이다.

한편, 최근 미국의 ‘MIT-IBM Watson AI lab’은 인공지능 기술을 활용해 패혈증으로 고통받는 코로나19 환자에 대한 약물 진단 기술을 개발했다. 주목할만한 점은 이 기술이 특정 코로나19 환자에게서만 나타나는 과도한 면역반응을 고려한다는 것이다. 게다가 효과가 뛰어난 약물을 검색할 수도 있다. 지금까지 인공지능 기술을 활용한 약물 검색 기술이 부작용을 일으키기도 했지만, 이러한 사례를 봤을 때 또 다른 가능성을 보여주고 있다. 향후 해당 기술이 발전을 거듭한다면 사람에 따라서 약물 처방을 다르게 할 수 있을 것으로 기대된다.

[바이오타임즈=나지영 전문기자] jyna19@biotimes.co.kr

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