미국과 독일 공동 연구진이 세포가 어떤 종류로 분화할지 경로와 핵심 동인을 예측하는 새로운 인공지능(AI) 모델을 개발했다.

미국 스토워스 의학 연구소, 독일 헬름홀츠 뮌헨 연구소 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 AI 모델 '레그벨로'(RegVelo) 개발에 성공했다고 11일(현지시간) 국제학술지 '셀'(Cell)에 발표했다.

레그벨로는 세포의 발달 과정을 추적하는 'RNA 속도'(RNA velocity) 기술과 유전자 간 상호작용을 분석하는 '유전자 조절 네트워크' 기술을 최초로 통합한 AI 모델이다.

기존에는 세포의 변화 과정과 유전자 조절 방식을 각각 별개의 모델로 분석해야 했다. 하지만 레그벨로는 두 가지를 동시에 모델링해 세포의 분화 방향은 물론, 어떤 유전자가 그 과정을 주도하는지 종합적으로 파악할 수 있다.

연구팀은 레그벨로의 예측 성능을 검증하기 위해 제브라피시의 신경능선세포를 대상으로 실험을 진행했다. 그 결과, 모델이 색소 세포 발달의 초기 동인으로 지목한 'tfec' 유전자와 새롭게 발견한 조절 인자 'elf1'의 역할이 실제 실험에서 확인됐다.

파비안 타이스 헬름홀츠 뮌헨 연구소 교수는 "레그벨로는 세포가 어떻게 변하는지뿐만 아니라, 어떤 상호작용이 변화를 주도하는지 알 수 있게 한다"고 설명했다.

연구진은 이번 연구가 가상 세포 모델 구현에 한 걸음 더 다가선 것이라고 평가했다. 이 기술은 향후 발달 장애, 암, 재생의학 등 다양한 질병 연구에 활용될 수 있다.

특히 특정 유전자가 작동하지 않을 때 세포의 운명이 어떻게 바뀔지 시뮬레이션할 수 있어, 신약 개발을 위한 새로운 치료 표적을 발굴하는 데 기여할 것으로 기대된다.