과학자들이 공룡을 멸종 위기에서 되살린 영화 쥬라기 공원을 기억하실 것이다. 아니면 도도새와 털북숭이 매머드를 멸종 해제하기 위한 실제 과학적 탐구에 대해 들어보셨을 수도 있다.

공룡이든 도도새이든 멸종 복원은 위험한 사업이다. 그것은 실용적인 수준(당신이 부활시킨 티렉스(T. rex)가 당신이 변기에 앉아 있는 동안 당신을 잡아먹을 수도 있다는 것)과 윤리적인 수준(처음 부활한 도도새나 매머드가 얼마나 외로울지 상상할 수 있을까?)에서 문제가 된다.

하지만 종 전체를 되살리는 대신 분자와 같은 아주 작은 부분 하나만 되살리면 어떨까?

펜실베니아 대학의 기계 생물학 그룹에서 과학자들이 최근 달성한 것이다. 그들은 멸종된 유기체, 특히 우리의 가까운 친척인 네안데르탈인과 데니소바인에서 발견되는 항생 특성을 가진 분자를 부활시켰다. (네안데르탈인은 40,000년 전에 멸종한 반면, 데니소바인은 15,000~30,000년 전까지 생존했을 수 있다.) 이 돌파구는 "분자 소멸"이라는 용감하고 새로운 세계의 문을 열어 약물 발견의 가능성을 열어준다.

연구자들은 네안데르탈인과 데니소바인의 염기서열 데이터를 수집하는 것으로 시작했다. 이 데이터는 뼈와 인공물에서 고대 DNA를 열심히 수집하고 분석한 고생물학자 덕분에 공개되었다.

그런 다음 그들은 어떤 분자가 현대인에게 효과적인 항생제를 만들 수 있는지 예측하기 위해 AI 모델을 훈련했다. 알고리즘이 가장 강력한 후보를 식별한 후 연구원들은 실험실에서 해당 분자를 생성하고 감염된 생쥐에서 테스트했다. Cell Host & Microbe 저널에 발표된 새로운 연구에 따르면 일부 분자는 박테리아 감염과 효과적으로 싸웠다.

“이것은 완전히 새로운 것이다. 우리는 '분자 복원(molecular de-extinction)'이라는 용어를 생각해 냈고 이것은 이를 설명하는 최초의 동료 검토 논문이다. "그래서 우리에게는 매우 흥미진진하다."

급성장하는 분자 소멸 제거 분야가 인간에게 임상적으로 성공적인 결과를 가져온다면, 새로운 항생제를 만들 수 있는 좋은 방법이 시급히 필요하기 때문에 전 세계적으로도 흥분될 수 있다.

우리는 항생제 이후 시대에 접어들고 있다. AI가 돕는 방법은 다음과 같다.

CDC는 우리가 항생제가 점점 더 쓸모없게 되는 포스트 항생제 시대에 접어들고 있다고 경고했다. 우리는 인간, 동물, 농작물 치료에 항생제를 남용하여 이 위기를 만들어냈다. 박테리아는 우리의 약물에 적응하여 인간의 건강을 너무 쉽게 파괴할 수 있는 슈퍼버그로 변모했다.

이 기사를 읽는 동안 미국에서 한 사람이 항생제가 더 이상 효과적으로 치료할 수 없는 감염으로 사망할 것이다. 2019년 주요 UN 보고서는 근본적인 변화를 일으키지 않으면 약물 내성 감염으로 인한 전 세계 연간 사망자 수가 2050년까지 1,000만 명으로 증가할 수 있다고 경고했다.

대형 제약회사와 생명공학 회사는 연구 개발을 수행하는 데 수년과 많은 자금이 필요하기 때문에 위기를 해결하는 데 필요한 새로운 항생제를 만들지 않았다. 대부분의 새로운 화합물은 실패한다. 성공하더라도 그 대가는 작다. 항생제는 매일 복용해야 하는 약만큼 잘 팔리지 않는다. 따라서 많은 제약 회사의 경우 금전적 인센티브가 없다.

그러나 AI를 사용하여 항생제 발견 속도를 높일 수 있다면 미적분을 바꿀 수 있다. 데 라 푸엔테(De la Fuente)의 팀은 2단계 프로세스로 이를 수행했다.

우리 세포의 단백질은 긴 끈과 같다. 그러나 그들은 종종 효소에 의해 특정 접합부에서 짧은 조각으로 절단된다. 펩타이드로 알려진 작은 분자인 이 짧은 조각은 항균 특성을 가질 수 있다.

그래서 데 라 푸엔테(de la Fuente)의 팀은 panCleave라는 AI 모델을 훈련시켰다. panCleave는 게놈에 암호화된 모든 단백질을 보고 접합점이 어디인지 예측할 수 있다. 그런 식으로 연구원들은 네안데르탈인과 데니소바인 게놈에서 펩타이드를 식별할 수 있었다. 그런 다음 그들은 어떤 것이 항균 특성을 가질지 예측하기 위해 펩타이드에 대해 다른 모델을 실행했다.

그들은 모두 슬램덩크가 아니었다. 감염된 쥐에서 테스트했을 때 강력한 후보로 예측된 일부 펩타이드는 박테리아를 죽이지 못했다. 다른 것들은 효과적이었지만 작동하려면 고용량이 필요했다. 이는 연구자들이 예측 알고리즘을 개편하거나 가장 유망한 펩타이드를 재구성하여 더 효과적으로 만들 필요가 있음을 의미할 수 있다.

이 연구의 또 다른 한계는 연구원들이 감염된 생쥐가 펩타이드에 대한 내성을 발달시켰는지 여부를 테스트하지 않았다는 것이다. "미래에 해야 할 일이다."라고 데 라 푸엔테(de la Fuente)는 인정했다. 왜냐하면 우리 몸이 곧 항생제에 내성이 생기도록 새로운 항생제를 제조하는 것은 거의 의미가 없기 때문이다.

그러나 연구에 참여하지 않은 McMaster 대학의 생화학 교수인 조나단 스톡스(Jonathan Stokes)에 따르면 높은 수준에서 분자 소멸 복원은 현재 약물 발견의 병목 현상을 극복하는 데 도움이 될 수 있는 "창의적인 접근 방식"이다. "나는 이 기술이 기존의 내성 메커니즘을 극복하는 구조적 및 기능적으로 새로운 항균 요법을 발견하는 데 도움이 되는 다른 항생제 발견 노력을 강화할 것이라고 생각한다."고 그는 말했다.

분자 소멸 복원은 항생제 발견을 위해 AI를 사용하는 다른 노력과 함께 작동하게 될 수 있다. 예를 들어 2020년에 MIT 연구원들은 우리가 알고 있는 항균 특성이 있는 분자에 AI를 훈련시켜 새로운 유형의 항생제를 발견했다. 그리고 2021년에 IBM 연구원들은 오늘날 자연에 존재하는 알려진 모든 펩타이드의 훨씬 더 광범위한 데이터베이스에서 AI를 훈련하여 며칠 만에 두 개의 새로운 항균 펩타이드를 설계했다.

과거의 펩타이드를 되살리면 더 많은 가능성을 발견할 수 있고 잠재적으로 더 많은 매장된 보물을 발견할 수 있다.

"분자 소멸 복원"은 큰 윤리적 문제를 제기한다. 아무도 답을 모른다. 죽은 분자를 되살린다는 것은 무엇을 의미할까?

복원 분자는 전체 종의 멸종 복원을 괴롭히는 동일한 윤리적 문제로 고통받지 않는다. 예를 들어 부활한 도도새나 털북숭이 매머드가 생존할 수 있다면 오늘날 세계에서 비참할 것이라는 우려가 있다. 그러나 철학적 차원에서는 현재 살아있는 유기체 어디에도 존재하지 않는 분자를 되살리려는 노력에 대해 어떻게 생각해야 하는지 명확하지 않다.

예를 들어 소멸되지 않은 분자가 특허를 받을 수 있을까? 기존 특허법은 아무도 자연에서 발생하는 분자에 대해 특허를 낼 수 없다고 말하지만, 한때 네안데르탈인에게서 발현되었던 부활한 분자에 대한 권리를 누군가가 소유할 수 있는지 여부를 알려주지 않는다. 틀림없이 그것은 모든 인류의 유산으로 간주되어야 하며 개인이나 기업이 그것을 소유해서는 안 된다.

그러나 특허법이 궁극적으로 그 편에 서게 된다면 과학자들이 분자 소멸 연구(항생제 내성 위기에 궁극적으로 도움이 될 수 있는 연구)를 하려는 동기를 잃게 될까?

나는 데 라 푸엔테(de la Fuente)에게 자신의 작품에 대한 특허를 받고 싶은지 물었다. 그는 “모르겠다”고 답했다.

그러나 그는 그것이 가능한지 알아보기 위해 어느 날 자신의 캠퍼스에 있는 특허 사무소로 걸어갔다고 말했다. 펜실베니아 대학의 법조인들은 그에게 말할 수 없었다. 이것은 새로운 법적 한계이며 지금까지 아무도 답을 모른다.

글쓴이: Sigal Samuel은 주로 의식의 미래에 대해 글을 쓰고 인공지능과 신경 과학의 발전과 그 놀라운 윤리적 의미를 추적한다.