AI기반 미생물 바이오센서 집합체 개념도. 환경이나 인체로부터 채취한 시료를 유전자회로 탑재 미생물 바이오센서에 반응시킨 후 수집된 반응 패턴을 AI에 학습시시코 검사 시료에 어떤 유해물이 얼마나 있는지 알아낼 수 있다.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 인공지능(AI)과 인공미생물을 결합시켜 유해물질을 빠르게 탐지하는 기술을 개발했다.

한국생명공학연구원은 합성생물학전문연구단 김하성 박사 연구팀이 AI와 유전자회로를 융합한 미생물 바이오센서를 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 연구성과는 생물공학 분야 국제학술지 ‘바이오센서스엔바이오일렉트로닉스’ 9월 30일자 온라인판에 게재됐다.

유해 화합물질(방향족 물질)은 산업폐기물, 잔류농약 등에서 다양하게 발생하며 인체 및 동물 내에서 환경호르몬 등 여러 부작용의 원인이 된다. 미생물에는 유해 물질을 감지하는 다양한 유전자들이 분포하는데 이를 조합한 유전자회로를 구성해 새로운 바이오센서를 개발하는 연구가 활발히 연구되고 있다.

하지만 아직까지 바이오센서의 부품 단백질의 오작동이 바이오센서 연구의 정확성과 실용성을 저하시키는 요인으로 지목된다. 전자공학 분야에서 이러한 문제는 다양한 종류의 센서를 동시에 사용하고 기계학습 기술을 활용하면 극복할 수 있지만 바이오센서의 경우 활용할 수 있는 센서의 수가 한정적인 문제로 인공지능 기술의 접목이 어려웠다.

연구팀은 인공적인 단백질 변이를 유발해 이 같은 문제점을 극복했다. 즉 변이 단백질들을 여러 개로 만들고 여기에서 얻어지는 다양한 신호들을 모아들인 빅데이터를 생성해 인공지능 모형을 적용한 것이다.

연구팀의 인공지능 모형은 11개의 유해물을 최대 약 95.3%의 정확도로 식별할 수 있었다. 이는 기존 단일 바이오센서만을 사용하는 경우에서 40% 이하의 정확도를 보였다. 또한 유해물 검출한계도 약 75배 이상 향상됐다.

김하성 박사는 “이번 연구성과는 미생물 바이오센서에 인공지능 기술을 접목해 센서 성능을 향상시킨 최초의 연구”라며 “향후 환경 시료의 유해물 감시 및 식별이나 생체내 유해물질의 모니터링에도 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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