서울대·한양대 연구팀, 생성형 AI로 DNA 나노구조체 자동 설계 기술 개발

서울대학교 공과대학과 한양대학교 공동 연구팀이 생성형 인공지능(AI)을 활용해 원하는 형태의 DNA 나노구조체를 자동으로 설계할 수 있는 기술을 개발했다.

서울대 기계공학부 김도년 교수 연구팀과 한양대 바이오신약융합학부 이찬석 교수 연구팀은 사용자가 입력한 2차원 또는 3차원 형상을 기반으로 DNA 종이접기(DNA Origami) 구조체를 자동 설계하는 생성형 AI 모델 ‘Generative SNUPI’를 개발했다고 밝혔다.

DNA 종이접기 기술은 하나의 긴 DNA 가닥과 수백 개의 짧은 DNA 가닥을 이용해 나노미터 수준의 정밀 구조체를 제작하는 기술이다. 그동안 규칙적인 형태의 구조 설계에는 활용돼 왔지만 복잡한 곡면이나 자유형 구조를 설계하기 위해서는 전문가의 수작업과 반복적인 검증 과정이 필요했다.

연구팀이 개발한 Generative SNUPI는 자체 개발한 DNA 구조 해석 플랫폼 ‘SNUPI’와 확산 기반 생성형 AI 모델을 결합한 기술이다. 사용자가 원하는 형상의 윤곽선을 입력하면 AI가 DNA 염기의 3차원 배치와 구조체 형성에 필요한 결합 경로를 자동 설계해 제작에 필요한 DNA 염기서열까지 제시한다.

연구팀은 실험을 통해 다양한 비정형 구조체를 제작하는 데 성공했으며, 형태가 변화하는 가변형 구조체와 여러 구조체를 연결할 수 있는 모듈형 구조체 설계도 가능하다는 점을 확인했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Nature Communications에 게재됐다.

연구진은 이번 기술이 DNA 나노구조체 설계의 진입 장벽을 낮추고 설계·검증에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 분자로봇, 바이오센서, 약물 전달체 등 차세대 나노바이오 기술 분야에서 활용 가능성이 높다고 설명했다.

특히 환경 변화에 따라 형태를 바꾸는 분자로봇, 질병 진단용 바이오센서, 표적 약물 전달 시스템 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있으며, 향후 정밀의료와 신약 개발 분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

연구팀은 앞으로 생성된 구조체의 안정성과 설계 정확도를 높이는 후속 연구를 진행하는 한편, 실험 자동화 기술과 연계해 DNA 나노구조체의 설계부터 제작, 검증까지 전 과정을 자동화하는 방향으로 연구를 확대할 계획이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견·신진연구자 지원사업과 국가슈퍼컴퓨팅센터 연구개발 지원 프로그램 등의 지원을 받아 수행됐다.