AI, 아프리카 맞춤형 말라리아/결핵 치료제 개발 박차… 모기 유인하는 곰팡이도 등장¶
원제목: AI to tailor malaria and TB drugs to Africa; fungus that lures mosquitoes - Nature
핵심 요약
- AI 기술이 아프리카 지역의 유전적 다양성을 고려한 맞춤형 신약 개발에 활용될 전망임.
- 모기를 유인하여 치사시키는 유전 공학 곰팡이가 개발되어 친환경적인 해충 방제 가능성을 제시함.
- 아프리카 대륙의 식량 생산 증대만으로는 영양 결핍 문제 해결에 한계가 있음을 분석함.
상세 내용¶
최근 과학계에서는 AI 기술을 활용하여 특정 지역의 유전적 특성에 최적화된 신약 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 아프리카 대륙은 풍부한 유전적 다양성을 가지고 있음에도 불구하고, 기존의 신약 개발 과정은 주로 서구권에서 이루어져 아프리카 환자들에게 치료 효과가 떨어지는 경우가 많았습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 남아프리카와 스페인의 연구진은 머신러닝과 생리학 기반 약물동태학(PBPK) 시뮬레이션, 그리고 유전적 차이를 포착하는 통계 모델을 결합한 AI 모델을 개발했습니다. 이 AI는 약물이 체내에서 어떻게 흡수, 대사, 분포되는지를 예측하고, 특정 유전 변이가 약물 효능에 미치는 영향을 분석함으로써 아프리카 인구에 최적화된 약물 용량 조절의 기초를 제공할 수 있게 되었습니다.
한편, 해충 저항성 문제에 대한 새로운 해결책으로 유전 공학 곰팡이를 이용한 모기 퇴치 기술도 주목받고 있습니다. 부르키나파소 등의 연구진은 모기나 애벌레 사체를 감염시키는 Metarhizium 곰팡이가 모기를 유인하는 휘발성 물질인 longifolene을 방출한다는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 이 냄새를 감지하는 수용체를 파악하고, 모기 병원성 종인 Metarhizium pingshaense를 유전적으로 개량하여 longifolene을 훨씬 더 많이 생산하도록 만들었습니다. 이로써 이 곰팡이는 모기를 유인하는 동시에 치사시키는 '유인-살해(lure and kill)' 작용을 하게 되었습니다. 실험 결과, 개량된 곰팡이는 수컷과 암컷 Aedes albopictus, Anopheles sinensis, Culex pipiens 등 다양한 종의 모기를 성공적으로 유인하고 치사시켰으며, 주변 식물 냄새나 사람의 존재에도 불구하고 90% 이상의 높은 치사율을 보였습니다. 이 곰팡이 포자는 모기 체내에 침투하여 독소를 방출하며, 며칠 내에 사망에 이르게 합니다. 사체에서 다시 포자가 퍼져나가 다음 모기 무리를 유인하는 연쇄적인 효과도 기대할 수 있습니다. 이러한 곰팡이 기반 기술은 환경 친화적인 모기 방제 대안으로 떠오르고 있습니다.
이와 더불어, 아프리카의 식량 안보 및 영양 문제에 대한 심층 분석도 발표되었습니다. Nature Food의 분석에 따르면, 아프리카 54개국 모두 최소 한 가지 이상의 필수 영양소가 부족한 상태이며, 8개국은 단백질, 탄수화물, 칼슘, 리보플라빈, 니아신, 엽산, 철분, 아연, 비타민 A 등 9가지 필수 영양소 모두가 부족한 것으로 나타났습니다. 특히 철분, 칼슘, 아연의 결핍이 가장 흔했으며, 탄수화물만이 대륙 전체의 수요를 충족시켰습니다. 보츠와나, 카보베르데, 지부티, 에리트레아, 감비아, 레소토, 리비아, 소말리아는 모든 필수 영양소에서 결핍 상태였습니다. 국내 생산만으로는 대륙 철분 수요의 약 3분의 2밖에 충족하지 못하며, 26개국에서는 5분의 1 미만을 충족하는 것으로 나타나 미량 영양소 격차의 심각성을 보여줍니다. 연구진은 지속 가능한 토지 및 수자원 한계를 넘지 않으면서 농업을 확장할 경우 각 국가가 영양 격차를 얼마나 줄일 수 있는지 시뮬레이션했습니다. 그 결과, 22개국은 농업 확장을 통해서도 영양 부족을 해결할 수 없었으며, 현재 생산성 수준에서는 단 7개국만이 필수 영양소 요구량을 완전히 충족할 수 있었습니다. 생산성 향상과 손실 감소 노력을 전 대륙에 적용하더라도, 많은 국가들이 여전히 수입이나 영양소 재분배에 의존해야 할 것이라는 분석이 나왔습니다.
편집자 노트¶
이번 Nature 게재 논문들은 AI와 생명공학 기술이 인류가 직면한 심각한 문제들에 대한 혁신적인 해결책을 제시할 수 있음을 명확히 보여줍니다. 첫째, AI가 의약품 개발의 패러다임을 어떻게 바꿀 수 있는지 구체적인 사례로 제시합니다. 이전까지는 특정 지역의 인종적, 유전적 특성을 고려한 신약 개발이 어려웠으나, AI와 PBPK 모델의 결합은 이러한 한계를 극복하고 맞춤형 치료제를 개발하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다. 이는 곧 아프리카뿐만 아니라 다른 지역의 소외된 환자들에게도 더 효과적인 치료 기회를 제공할 수 있다는 의미를 내포합니다. 개인 맞춤 의학 시대가 본격화됨에 따라, AI 기반의 신약 개발은 더욱 가속화될 것이며, 이는 우리 일상생활에서 접하는 의약품의 효능과 안전성을 크게 향상시킬 잠재력을 가지고 있습니다.
둘째, 유전 공학 곰팡이를 활용한 모기 퇴치 기술은 친환경적인 방제 방법에 대한 기대를 높입니다. 기존 살충제에 대한 저항성이 증가하면서 말라리아, 뎅기열과 같은 질병 확산이 통제 불가능한 수준에 이르고 있다는 점에서, 이 기술은 매우 시의적절합니다. 모기를 유인하여 자체적으로 치사시키는 이 곰팡이는 생태계에 미치는 부작용을 최소화하면서도 효과적으로 모기 개체 수를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 미래의 전염병 관리 전략에 중요한 변곡점이 될 수 있으며, 우리의 건강과 안전에 직결되는 문제입니다. 마지막으로, 아프리카의 영양 부족 문제에 대한 분석은 단순히 식량 생산 증대만으로는 해결될 수 없는 복잡한 구조적 문제를 드러냅니다. 이는 지속 가능한 농업 정책과 더불어 영양소의 균형 있는 분배 및 보충, 그리고 관련 산업의 육성이 필수적임을 시사합니다. AI와 생명공학 기술이 이러한 다양한 글로벌 이슈에 어떻게 기여할 수 있는지에 대한 깊이 있는 통찰을 제공하는 중요한 기사라고 평가할 수 있습니다.