한국생명공학연구원이 환경 유해물질을 탐지하는 AI 미생물 바이오센서를 개발했다고 16일 밝혔다.
유해 화합물질은 산업폐기물, 잔류농약 등에서 다양하게 발생하며 인체 및 동물 내에서 환경호르몬 등 여러 부작용의 원인이 된다.
미생물에는 유해물질을 감지하는 다양한 유전자들이 분포하며, 이를 조합한 유전자회로를 구성하여 새로운 바이오센서를 개발하는 연구가 합성생물학의 한 분야로 활발히 연구되고 있다.
그러나 바이오센서의 부품 단백질의 오작동은 바이오센서 연구의 정확성과 실용성을 저하시키는 요인 중 하나로, 활용할 수 있는 센서의 수가 한정적인 문제로 인공지능 기술의 접목이 어려웠다.
연구팀은 이러한 한계를 인공적인 단백질 변이를 유발하면서 극복했다.
변이 단백질들을 여러 개로 만들고 여기에서 얻어지는 다양한 신호들을 모아들인 빅데이터를 생성해 인공지능 모형을 적용한 것.
연구팀의 인공지능 모형은 11개의 유해물을 최대 약 95.3%의 정확도(true positive rate)로 식별할 수 있었다. 이는 기존 단일 바이오센서만을 사용하는 경우에서 40% 이하의 정확도를 보인 것에 비해 현저한 향상이다.
또 유해물 검출한계도 약 75배 이상 향상(작은양으로도 검출이 가능해짐) 됐다.
제1저자인 김하성 박사는 “동 연구성과는 미생물 바이오센서에 인공지능 기술을 접목하여 센서 성능을 향상시킨 최초의 연구이며, 그동안 축적된 바이오센서 기술이 인공지능 기술과 결합하여 한 단계 더 정밀한 진단/감지 기술로 발전되는 계기가 될 것”이라며 “향후 환경 시료의 유해물 감시 및 식별이나 생체내 유해물질의 모니터링에도 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 설명했다.
연구책임자 이승구 박사는 “인공 유전자회로 연구는 다른 공학분야에서처럼 논리적 구동이 가능한 생물학, 즉 합성생물학으로 발전하는 통로가 될 것이다. 본 연구는 머신러닝을 통해 이를 가속시킬 수 있음을 보여준다”고 말했다.
