생명정보에 담긴 의미 알 수 있다면…'바이오 AI' 만든다

생명현상의 기본 원리인 DNA, RNA, 단백질로 이어지는 흐름을 인공지능(AI)이 통합적으로 학습하게 함으로써 질병 기전 규명과 신약개발, 정밀의료 연구에 활용할 수 있는 핵심기술을 확보한다.

고태훈 가톨릭의대 교수(의료정보학교실가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 인공지능뇌과학사업단)가 과학기술정보통신부 바이오멀티모달 파운데이션 모델 구축 사업의 주관연구책임자로 선정됐다.

모달(Modality)은 정보를 표현하는 서로 다른 형태의 데이터를 의미하며, 멀티모달(Multimodal)은 서로 다른 종류의 데이터를 인공지능(AI)이 통합적으로 학습해 상호 연관성을 이해하고 활용하는 기술이다.

이번 사업은 Central Dogma 기반 범질환 멀티오믹스 파운데이션 모델 개발을 주제로, 향후 5년간 정부지원금 76억원을 지원받아 수행된다. 공개 다중오믹스 데이터를 기반으로 DNA, RNA, 단백질, 후성유전체 등 다양한 생명정보를 통합적으로 학습하는 차세대 바이오 인공지능 모델을 개발하는 게 목표다.

생명현상의 기본 원리인 Central Dogma, 즉 DNA에서 RNA, 단백질로 이어지는 유전정보의 흐름을 AI가 통합적으로 이해하도록 하는 게 이번 연구의 핵심이다. 기존 바이오 AI 모델은 개별 오믹스 데이터를 각각 분석하는 방법이 많아 질병 발생과 치료 반응에 관여하는 분자 간 상호작용을 종합적으로 해석하는 데 한계가 있었다.

고태훈 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 Central Dogma Omni(CD-OMNI) 파운데이션 모델을 개발할 예정이다.

CD-OMNI는 DNA-RNA, RNA-ATAC, RNA-Protein 등 생명정보 흐름의 핵심 축을 각각 학습한 뒤, 이를 하나의 통합 멀티모달 파운데이션 모델로 확장하는 구조다. 이를 통해 일부 데이터가 부족하거나 결손된 상황에서도 안정적으로 작동하는 바이오 AI 원천기술 확보를 목표로 한다.

연구진은 공개된 DNA, RNA, 단백질, 후성유전체 데이터를 수집표준화해 AI 학습용 고밀도 멀티오믹스 데이터셋을 구축하고, 이를 연구자와 산업계가 활용할 수 있도록 공개하는 방안도 추진한다. 또 CD-OMNI 모델을 기반으로 변이 기반 유전자 발현 예측, 유전변이 해석, 신경발달장애 예측, 가상세포 약물반응 예측, 난치성 혈액암 치료반응 예측 등 다양한 응용 AI 모델을 개발검증한다.

이번 연구는 가톨릭대 산학협력단이 주관하고, 연세대고려대가 공동연구기관, 한국과학기술정보연구원(KISTI)이 협력기관으로 참여한다. 정승현 가톨릭의대 교수(생화학교실), 박종근 가톨릭의대 교수(의료정보학교실), 이인석 연세대 교수(생명공학과), 김상우 연세의대 교수(의생명시스템정보학교실), 송경우 연세대 교수(응용통계학과), 전민지 고려의대 교수(의료정보학교실) 등이 연구를 맡는다.

각 기관 연구진은 전사, 조절, 번역 등 Central Dogma의 핵심 축을 분담해 모델을 개발하고, 이를 통합해 범질환 분석이 가능한 멀티오믹스 파운데이션 모델로 발전시킬 예정이다.

고태훈 교수는 생성형 AI와 파운데이션 모델의 발전은 이제 자연어와 이미지를 넘어 생명정보 전체를 이해하는 단계로 확장되고 있다. 이번 연구는 DNA, RNA, 단백질로 이어지는 생명정보의 흐름을 AI가 통합적으로 학습하게 함으로써 질병 기전 규명과 신약개발, 정밀의료 연구에 활용할 수 있는 핵심 기반 기술을 확보한다는 점에서 의미가 있다라면서 가톨릭대학교가 축적해 온 의료 AI 연구 역량과 국내 최고 수준의 생물정보유전체 AI 연구진의 협력을 바탕으로 세계적 경쟁력을 갖춘 공개형 바이오 파운데이션 모델을 개발하겠다. 의학과 인공지능을 융합하는 연구를 통해 환자 중심 정밀의료 실현과 바이오헬스 산업 발전에 기여하겠다고 전했다.

가톨릭대학교는 이번 과제를 계기로 의료정보학과 생물정보학, AI를 융합한 차세대 연구 기반을 강화하고, 바이오헬스분야에서 활용 가능한 AI 원천기술 확보와 연구 생태계 조성에 지속적으로 힘쓸 계획이다.