목암생명과학연구소(소장 신현진, 이하 목암연구소)는 과학기술정보통신부가 지원하는 국가연구개발사업 ‘바이오·의료기술개발사업’의 ‘AI 기반 맞춤형 mRNA 구조체 설계 플랫폼 개발 및 실증’ 과제의 주관기관으로 선정됐다. 이번 과제는 2026년부터 2030년까지 총 45억 원의 정부출연금이 지원된다. 고려대학교 및 한양대학교는 공동 연구기관으로 참여해 차세대 백신과 치료제 개발을 위한 협력 체계를 가동한다.

이번 연구의 핵심은 mRNA 의약품의 성능을 결정하는 전체 서열을 AI가 통합적으로 설계, 도출하는 플랫폼을 개발하는 것이다.

기존 mRNA 설계는 범용 UTR과 코돈(Codon) 최적화 규칙을 각각 독립적으로 적용하는 방식에 의존해 왔다. 하지만 실제 mRNA 의약품의 효과와 안정성은 경계부 염기 조합, RNA 구조, 세포 환경 등 복합적인 상호작용에 의해 결정된다. 본 과제는 이러한 복잡한 변수들을 AI로 학습시켜, 치료 목적에 따라 최적화된 전체 서열을 제안하는 ‘통합 설계 파이프라인’를 구축할 계획이다.

특히 이번 과제는 연구진이 직접 대규모 서열 라이브러리를 구축하고, 실험 데이터를 생산해 AI를 학습시키는 방식을 택했다. 그리고 여기에 덧붙여 전문가의 실험 결과를 바탕으로 다시 AI 모델을 고도화하는 휴먼 인 더 루프(human-in-the-loop)를 포함한 '가상 실험실' 구축을 통해 플랫폼의 mRNA 구조체 설계 능력을 지속적으로 높여 나가게 된다.

이러한 가상 실험실은 ‘에이전틱 AI(Agentic AI)’를 기반하여 구축될 예정이다. 연구자가 항원 서열을 입력하면 AI가 후보를 생성하고, 평가를 거쳐 제작 및 실험 검증한 뒤, 그 결과를 다시 학습해 재설계하는 ‘자율형 mRNA 연구개발 체계’ 구현이 최종 목표다.

이번 플랫폼 구축을 통해 백신 및 개인맞춤형 암백신 등 다양한 mRNA 의약품 개발을 위한 독자적인 설계 기술 기반을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 후보물질 설계 기간과 반복 실험 비용을 획기적으로 단축해 국내 기술 자립도를 높이고 글로벌 바이오 시장에서의 경쟁력을 강화할 전망이다.

신현진 목암생명과학연구소 소장은 “목암연구소는 mRNA 구조체의 개별 요소 최적화를 넘어, 항원 서열과 임상 목적에 맞춰 전체 구조를 통합 설계하는 AI 플랫폼을 개발하고 있다”며, “자체적인 대규모 라이브러리 구축과 연구 전 과정의 자동화를 통해 신속하고 정밀한 mRNA 의약품 개발 기반을 마련함으로써 국내 mRNA 기술 자립과 경쟁력 강화에 기여하겠다”고 말했다.