2025년에도 새해 벽두부터 구글 딥마인드가 연내 자사 AI 기술로 설계한 약물이 임상에 들어갈 예정이라 밝혔고 오픈AI까지 AI 신약 개발 경쟁에 본격적으로 참전했다. 이 같은 AI 신약 개발 비즈니스 모델은 크게 네 가지로 나뉜다. AI 기술 내재화를 통한 독자 파이프라인 개발, 전통 제약사와의 협업을 통한 공동 파이프라인 개발, AI 기반 신약 개발 소프트웨어 플랫폼 제공, 각각의 장점을 혼합한 하이브리드 모델이 있다. 이 중 소프트웨어 서비스 모델은 초기 투자 부담을 최소화하고 빠르게 AI 신약 개발을 시도하려는 중소기업들의 디지털 전환을 가속화할 수 있다는 점에서 성장 잠재력이 높다. 현재 AI 신약 개발은 이질적이던 AI 예측 분야와 실제 화합물 합성, 검증 등 실험의 융합이 일어나면서 빠르게 물리적 세계에서 가능성을 입증하고 있다. 나아가 단백질 구조뿐 아니라 세포 반응, 유전체 등 다양한 데이터를 모두 학습한 멀티모달 AI도 확산되면서 신약 개발에서의 거대 모델 출현을 예고하고 있다.
1966년 첫 방영된 미국 SF 드라마 ‘스타트렉’은 과학적 상상력을 바탕으로 미래 기술을 구현하며 전 세계 과학자를 꿈꾸는 아이들에게 영감을 불어넣었다. 특히 의사 맥코이가 환자의 몸을 스캔해 즉시 진단하고 홀로그램으로 인체를 분석하는 장면은 당시로서는 혁명적인 발상이었다. (그림 1) 반세기가 지난 지금 AI의 비약적인 발전은 ‘스타트렉’ 속 미래를 현실로 만들어가고 있다. 특히 신약 개발 분야에서 AI는 게임 체인저로 부상하며 타깃 발굴부터 치료제 개발까지 전 주기에 걸쳐 혁신을 예고하고 있다. 2025년 출범한 국가바이오위원회는 대한민국 바이오 대전환을 목표로 AI 신약 개발을 핵심 과제로 선정했다. AI를 활용해 기존 신약 개발 과정의 고비용, 저효율 구조를 혁신하고 개발 기간과 비용을 절반으로 단축하려 한 것이다. 관련 산업의 중요한 변곡점에서 AI 신약 개발의 현주소를 짚어보고 눈부시게 발전하고 있는 AI 기술이 이끌어 갈 신약 개발의 미래를 알아보자. 과연 AI는 인류의 오랜 숙원인 질병 정복의 꿈을 실현하는 열쇠가 될 수 있을까?
컴퓨터 기반 신약 개발의 진화
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김우연wooyounkaist@gmail.com
KAIST 화학과·데이터사이언스 대학원 교수
김우연 교수는 POSTECH에서 화학과 물리를 전공하고 2009년 동 대학원에서 계산화학으로 박사학위를 취득했다. 이후 독일 막스플랑크연구소에서 이론 물리로 박사후연구원 과정을 거치고 2011년 KAIST 화학과에 부임해 AI 기반 신약개발 연구를 개척하고 있다. 2022~2024년에는 한국제약바이오협회 인공지능신약개발지원센터 센터장을 지냈다. 다년간의 연구 성과를 바탕으로 2020년 ‘히츠’를 창업해 최신 AI 기술의 제약바이오 분야 보급에 힘쓰고 있다.
