성균관대학교(총장 유지범) 화학공학부 이동엽 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반 단백질 구조 예측 기술과 시스템생물학을 결합하여, 동물세포의 상태를 정밀하게 예측하고 제어할 수 있는 디지털 가상세포 모델 ‘iCHO3K’를 선보였다.
(왼쪽부터) 성균관대 화학공학부 이동엽 교수, 최동혁 박사 (사진= 성균관대 제공)
이번에 공개된 ‘iCHO3K’는 세계 13개국 20여 개 연구기관이 협력해 개발한 글로벌 표준 모델로, 기존에 흩어져 있던 다양한 디지털 세포 모델을 하나로 통합했다. 연구팀은 AI 기술을 활용해 세포 내 단백질의 3차원 구조 정보를 반영함으로써, 실제 세포의 움직임을 정밀하게 모사할 수 있도록 했다. 이 모델에는 약 3,500개의 유전자와 11,000개 이상의 생화학 반응 데이터가 포함되어 있다. 최근 주목받고 있는 AI 단백질 구조 예측 기술이 적용되어, 세포 내 효소 반응의 물리적 제약 조건까지 계산할 수 있도록 설계됐다.
바이오의약품 생산에 필수적인 ‘CHO 세포’는 복잡한 생화학 반응을 예측하는 것이 중요한데, 그동안 관련 데이터와 모델이 전 세계적으로 분산되어 있어 연구자들이 통합적으로 활용하는 데 어려움이 있었다. ‘iCHO3K’의 개발로 연구자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 실제 실험 횟수를 줄이면서도 의약품 생산 효율을 높일 수 있게 됐다.
이번 연구는 성균관대학교가 글로벌 바이오 연구의 중심에서 프로젝트를 이끌었다는 점에서 의미가 크다. 미국, 영국, 덴마크 등 여러 국가의 전문가들이 합의한 표준 모델이기 때문에, 앞으로 전 세계 바이오 기업과 연구소들이 의약품 생산 공정 개발 시 ‘iCHO3K’를 공통 기준으로 삼을 것으로 기대된다.
공동 제1저자인 최동혁 박사는 세포 내부의 복잡한 대사 현상을 구조적으로 해석할 수 있게 됐다고 밝혔다. 이동엽 교수는 ‘iCHO3K’가 자율주행 바이오공정 디지털 트윈 구현의 핵심 기술임을 강조하며, 대한민국이 첨단 바이오의약품 제조 공정 혁신에서 세계적 주도권을 확보하는 데 기여할 것이라고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐으며, 시스템생물학 분야 국제 학술지 ‘셀 시스템즈(Cell Systems)’에 2026년 4월 15일 게재됐다.
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