바이오엔테크, 코로나 변이 위험성 조기경보 개발
잠재적 고위험 변이 신속 식별..WHO 지정 변이 고속탐지
이덕규 기자 abcd@yakup.com 플러스 아이콘
입력 2022.01.12 12:46
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화이자社와 함께 ‘코로나19’ 백신 ‘코미나티’를 공동개발한 독일 생명공학기업 바이오엔테크社가 영국의 인공지능(AI) 구동 의사결정 시스템 개발기업 인스타딥社(InstaDeep)와 고위험성 SARS-CoV-2 변이들의 서열정보를 분석하고 예측하기 위한 새로운 컴퓨터 계산방법을 개발했다고 11일 공표해 관심을 모으고 있다.

이 조기경보 시스템(EWS)는 양사가 인공지능 산출 면역회피 및 적합도 계량적 분석(fitness metrics)에 기반을 두고 협력을 진행한 끝에 개발한 것이다.

새로운 방법은 바이러스 돌기 단백질의 구조적 모델링과 인공지능 알고리즘을 결합시켜 잠재적 고위험성 변이들을 신속하게 식별하고, 적합도와 면역회피 특성 등에 관한 계량적 분석점수를 근거로 하루 이내에 SARS-CoV-2 서열정보 보관소에 저장될 수 있도록 해 줄 수 있을 전망이다.

양사는 내부적으로 산출된 실험자료와 이미 확보된 공공자료를 사용해 예측 가능성을 입증했다.

실험기간 동안 이 조기경보 시스템은 세계보건기구(WHO)가 지정한 각종 변이들을 평균 2개월 앞서 90% 이상 식별한 것으로 나타났다.

조기경보 시스템이 WHO가 지정한 알파 변이, 델타 변이, 감마 변이, 세타 변이, 에타 변이 및 오미크론 변이를 서열정보가 처음 업로드된 같은 주에 탐지했던 것.

이 중 오미크론 변이는 서열정보가 확보되었던 같은 날 위험성이 높은 변이로 평가가 이루어졌다.(ranked)

프랑스에서 확인된 IHU 변이의 경우 이 조기경보 시스템은 면역회피 특성을 내포한 가운데 비교적 오미크론 변이와 유사하지만, 적합도는 크게 낮아 현행 자료에 미루어 볼 때 우려도가 덜하고 변이로 평가했다.

이 같은 실험결과는 이 조기경보 시스템이 새로운 변이들을 수 분 이내에 평가할 수 있는 데다 변이 계통화의 위험성 모니터링을 거의 실시간으로 진행할 수 있을 것임을 뒷받침하는 것이다.

또한 이 시스템이 새로운 변이 자료가 확보되는 대로 100% 측정이 가능했다.

바이오엔테크社의 우구르 사힌 대표는 “우리가 지난 수 개월 동안 개발한 첨단 컴퓨터 계산방법을 사용해 돌기 단백질의 서열정보를 분석할 수 있었던 데다 우리의 예측 면역회피 및 안지오텐신 전환효소 2(ACE2) 결합점수에 따라 새로운 변이들의 위험도를 순위화할 수 있었다”면서 “잠재적 고위험 변이들을 조기에 식별하는 일은 연구자, 백신 개발자, 보건기관 및 정책 입안자들의 주의를 환기시키는 데 효과적인 도구가 될 수 있을 뿐 아니라 이를 통해 새로운 우려 변이가 출현했을 때 대응할 수 있는 시간을 벌 수 있게 될 것”이라고 강조했다.

인스타딥社의 카림 베귀어 대표는 “현재 총 10,000종 이상의 새로운 변이 서열이 매주 발견되고 있는 상태여서 전문가들조차 현행 규모로는 이처럼 복잡한 자료에 대응할 수 없는 형편”이라면서 “인스타딥이 보유하고 있는 강력한 인공지능 역량을 지칭하는 딥체인(DeepChain) 플랫폼을 효율적으로 이용하면서 바이오엔테크 측이 보유한 SARS-CoV-2 노하우와 기술을 결합시켜 이 같은 도전요인에 대응하고 있다”고 말했다.

특히 수 개월이라는 귀중한 시간을 절감하면서 고위험성 변이들을 즉각적으로 탐지할 수 있게 된 것은 이번이 처음이라고 베귀어 대표는 의의를 강조했다.

조기경보 시스템은 두가지 방법에 의거해 개발된 것이다.

하나는 바이러스 돌기 단백질 수용체 결합부위(RBD)와 숙주세포 수용체의 상호작용을 구조적으로 모델링하고, 바이러스 변이가 면역반응을 회피하는 데 미치는 영향을 점수화한 것이다.

다른 하나는 글로벌 서열 보관소에 저장된 수많은 등록된 바이러스 변이들로부터 정보를 추출하기 위한 인공지능 기반 예측 모델링이다.

조기경보 시스템은 점수를 매기기 전에 면역회피 수치와 적합도를 산출하게 된다.

면역회피 수치만으로 이미 위험성을 예측할 수 있는 것으로 알려져 있지만, 이 같은 두가지 계량적 분석방법을 결합해 파레토(Pareto) 점수를 매기면 해당 바이러스 변이의 위험성을 최선으로 측정할 수 있게 된다.

점수가 높을수록 글로벌 보건에 해당변이가 영향을 미칠 위험성 또한 높다는 의미이다.

한편 양사는 인공지능 및 면역학 정보를 결합시키기 위해 지난해 11월 제휴관계를 구축한 바 있다.

그 결과는 의학논문 사전 공개 사이트인 온라인 프리프린트 서버에 게재됐다.

제휴의 일환으로 양사는 영국 런던과 독일 마인츠에 공동 인공지능 혁신랩을 설치해 신약개발, 디자인, 단백질 공학, 제조 및 공급 최적화를 위한 협력을 진행하고 있다.
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