도서 소개
최근 우리나라는 인공지능 대전환 시대를 맞이하고 있다. 정부는 인공지능 3대 강국 도약을 국가 비전으로 제시하고, 인공지능 파운데이션 모델 개발과 국가 AI 컴퓨팅 인프라 구축 등 경쟁력 강화에 힘을 쏟고 있다. 산업 전반에 인공지능을 접목하는 AX가 본격화되는 가운데, 가장 큰 변화와 혁신이 예상되는 분야가 바로 바이오다.
《바이오X》는 ‘인공지능이 바이오와 만나면 어떤 일이 일어날까?’라는 질문에서 출발한다. 바이오는 DNA, RNA, 단백질 등 방대한 생명 데이터를 분석해야 하는 분야다. 인공지능은 축적된 바이오 데이터를 학습해 생체분자의 구조와 상호작용을 빠르게 예측하고, 인간의 노력과 직관만으로는 발견하기 어려운 새로운 패턴까지 찾아내고 있다. 이런 이유로 과학계는 바이오를 인공지능 시대의 최대 수혜 분야로 꼽는다.
《바이오X》는 바이오와 첨단공학과의 융합에 관해서도 살펴본다. 뇌 신경세포를 정밀하게 제어하는 기술, 생명체에서 영감을 얻은 바이오 영감 로봇, 우주공간에서 수행하는 신체 방어 연구와 신약개발 실험, 방사성동위원소 치료제 등은 바이오가 첨단기술과 만나 어떤 혁신을 만들어내는지 보여준다. 또한 동물실험의 대안으로 떠오른 장기칩과 오가노이드, 전 세계의 비만약 개발 경쟁과 시장 현황, 바이오 플랫폼 기술과 바이오시밀러, 신약개발 등을 다루며 바이오산업의 핵심 이슈와 국가 과학기술 정책의 방향성까지 폭넓게 조명한다.
급변하는 바이오산업의 현재와 바이오 융합이 만들어갈 미래를 한눈에 이해하고 싶은 독자들에게 유용할 것이다.
출판사 리뷰
인공지능이 불러올 바이오 신세계
최근 우리나라는 인공지능 대전환AI Transformation, AX 시대를 맞고 있다. 정부는 ‘인공지능 3대 강국 도약’을 국가 비전으로 제시하고, 인공지능 파운데이션 모델 개발과 국가 AI 컴퓨팅 인프라 구축 등 경쟁력 강화에 힘을 쏟고 있다. 산업 전반에 인공지능을 접목하는 AX가 본격화되는 가운데, 가장 큰 변화와 혁신이 예상되는 분야 가운데 하나가 바로 바이오다.
《바이오X》는 이러한 시대적 흐름 속에서 ‘인공지능이 바이오와 만나면 어떤 일이 일어날까?’라는 질문에서 출발한다. 바이오는 DNA, RNA, 단백질 등 방대한 생명 데이터를 분석해야 하는 분야다. 지금까지 연구자들은 복잡한 생명현상을 이해하기 위해 막대한 시간과 비용을 들여왔다. 그러나 인공지능은 축적된 바이오 데이터를 학습해 생체분자의 구조와 상호작용을 빠르게 예측하고, 인간의 노력과 직관만으로는 발견하기 어려웠던 새로운 패턴과 원리까지 찾아내고 있다. 과학계가 바이오를 인공지능 시대의 최대 수혜 분야로 꼽는 이유가 여기에 있다.
2024년 노벨상 과학 부문은 인공지능의 영향력을 상징적으로 보여주었다. 화학상은 단백질 구조를 분석하고 예측하는 인공지능 개발에 기여한 과학자들에게 돌아갔고, 물리학상 역시 인공지능 학습의 토대가 되는 머신러닝 연구자들에게 수여됐다. 인공지능이 생명과학과 첨단산업의 혁신을 이끄는 핵심 도구가 되었음을 보여준다.
이 책의 1장에서는 바이오 분야에서 가장 뜨거운 주제인 단백질 접힘(폴딩)과 단백질 구조를 예측하는 인공지능 프로그램인 로제타폴드와 알파폴드를 소개한다. 또한 인공지능과 바이오의 융합이 신약 재창출, 신약 후보물질 스크리닝, 항암제 개발 등에서 어떻게 신약개발의 패러다임을 바꾸고 있는지 살펴본다.
다양한 경계를 넘어서는 바이오 융합
- 전기‧전자, 로봇, 우주, 동위원소 등 첨단기술‧공학과의 만남
《바이오X》는 인공지능을 넘어 바이오와 융합할 수 있는 다양한 분야로 시야를 확장한다. 전기·전자와 바이오, 로봇과 바이오, 우주와 바이오, 방사성동위원소와 질병 치료 등 바이오 기술의 최전선을 탐색하며, 융합이 만들어낼 바이오산업과 삶의 변화를 내다본다.
2장에서는 전기·전자와 바이오의 만남을 다룬다. 우리 몸에서 전기가 가장 중요한 역할을 하는 기관 중 하나는 뇌이다. 무게는 작지만 우리 몸 전체 에너지의 약 20퍼센트를 소비한다. 만약 뇌의 신경세포를 개별적으로 조절할 수 있다면, 지금까지 풀지 못했던 뇌의 비밀을 훨씬 빠르게 밝혀낼 수 있을 것이다. 실제로 우울증 환자의 좌측 뇌를 미세한 전기로 자극하거나 편두통을 치료하는 전자약이 등장했으며, 뇌에 컴퓨터 칩을 심어 기계를 제어하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술도 임상시험 단계를 거치며 현실이 되고 있다.
3장에서는 기계공학과 바이오의 융합 사례를 소개한다. 사람의 일을 돕는 휴머노이드로봇, 문어나 고양이에서 영감을 얻은 바이오 영감 로봇, 각종 재난 현장에 투입되는 로봇 개가 대표적이다. 또한 인간의 작업 능력을 높이고, 거동이 불편한 사람들의 움직임을 돕는 웨어러블로봇도 빠르게 발전하고 있다.
4장에서는 우주 바이오와 방사성동위원소를 이용한 질병 치료를 살펴본다. 우주는 인류가 탐험해야 할 미지의 세계이자 앞으로 인간이 거주할 수도 있는 생활공간이다. 우주 바이오는 인간이 우주 환경에서 겪는 신체적 변화에 대비하기 위한 연구 분야이며, 의약품 결정화 실험 같은 신약개발 연구에도 활용되고 있다. 이처럼 우주 바이오는 미래 핵심 산업으로 떠오르고 있다. 한편 방사선은 우리에게 위험한 존재로 인식되기도 하지만, 난치병 치료의 열쇠가 되기도 한다. 특히 암과 난치성 질환 치료 방법으로 방사성동위원소 치료제가 활발하게 연구되고 있다.
5장에서는 요즘 바이오의 핵심 이슈를 다룬다. 반려견과 반려묘가 늘면서 동물복지에 대한 관심도 그 어느 때보다 높아지고 있다. 이에 따라 신약 개발 과정에서 동물실험을 줄이거나 폐지하려는 움직임이 확산되고 있으며, 그 대안으로 장기칩과 오가노이드 기술이 급부상하고 있다. 또한 2025년 세계에서 가장 많이 판매된 의약품인 비만약에 주목한다. 살이 빠지는 과학적 원리부터 위고비와 마운자로를 중심으로 펼쳐지는 글로벌 비만치료제 개발 경쟁과 급성장하는 시장, 그리고 비만약이 바꿔놓을 의료와 산업의 미래까지 함께 살펴본다.
《바이오X》는 바이오가 다른 첨단기술과 만나서 만들어낼 가능성을 통해, 바이오 혁신의 방향과 인류가 맞이할 변화를 입체적으로 보여준다. 급변하는 바이오산업의 현재와 바이오 융합이 만들어갈 미래를 한눈에 이해하고 싶은 독자들에게 추천한다.
한국 바이오의 성장과 기초과학
- 꾸준한 바이오 융합 연구를 위해
《바이오X》의 마지막 장에서는 바이오 연구개발을 활성화하고, 기초과학 강국으로 도약하기 위해 필요한 조건들을 살펴본다. 우리나라의 바이오산업은 크게 세 가지 축으로 나눌 수 있다.
첫째는 하나의 기술을 여러 신약 개발에 적용할 수 있는 바이오 플랫폼 기술이다. 대표적인 예로 두 개의 표적을 동시에 공략하는 이중항체 기술과 약효를 오랫동안 지속시키는 약효 지속성 기술 등이 있다. 우리나라의 바이오 플랫폼 기술은 국내 기업들이 독자적으로 개발해 해외 유수 기업들에 수출할 정도로 세계 최고 수준의 경쟁력을 갖추고 있다.
둘째는 바이오 신약의 복제약인 바이오시밀러와 위탁개발생산(CDMO) 분야이다. 이 분야에서도 한국의 셀트리온과 삼성바이오로직스 등이 세계적인 경쟁력을 인정받고 있다.
마지막은 바이오 분야의 꽃이라 불리는 신약개발이다. 신약개발은 속도전의 성격이 강해 아무리 우수한 신약이라도 유사한 기전의 신약이 먼저 출시되면 경쟁력을 잃을 수 있다. 따라서 국제시장에 진출하기 위한 현지 영업력과 마케팅 역량이 필수적이다.
《바이오X》는 이러한 세 가지 축을 중심으로 현 정부의 주요 과학 정책을 살펴본다. 제도와 정책 측면에서는 두 가지 방향을 올바르게 설정해야 한다. 먼저 정부가 바이오 자체보다는 인공지능과의 융합에만 지나치게 집중하고 있다는 현장의 우려에 귀 기울이고, 연구개발이 지속될 수 있도록 정책을 보완해나가야 한다.
기업과 연구 현장에서 뛰어난 산업적 성과를 거두고 있어도, 기초과학이 뒷받침되지 않는다면 그 성과는 지속될 수 없다. 기초연구는 모든 연구의 토대이므로 바이오 융합 분야에서도 매우 중요하다. 연구자가 충분한 시간을 갖고 연구에 몰두할 수 있는 문화, 공동연구를 수행하더라도 자신의 성과를 보호받을 수 있다는 신뢰를 주는 제도와 환경이 마련된다면 우리나라도 자연스럽게 기초과학 강국으로 도약할 것이다.
단백질 구조 예측이란 주어진 아미노산 서열이 어떤 단백질 구조를 형성할지를 인공지능을 통해 예측하는 것이다. 앞서 로제타라는 단백질 구조 예측 프로그램을 개발했던 베이커 교수는, 지난 2003년 새로운 구조를 가진 단백질을 설계하고 로제타를 이용해 이 구조에 맞는 아미노산 서열을 찾아냈다. 베이커 교수 연구진은 이 아미노산을 코딩하는 DNA를 만들어 세균에 주입해 실제로 단백질을 만들도록 했다. 이렇게 만든 단백질을 X선 결정법이라는 전통적인 단백질 구조 분석법으로 검증한 결과 컴퓨터가 설계했던 구조와 매우 유사하다는 점도 확인했다.
인공지능을 신약개발에 접목한다고 할 때 유용한 일 가운데 하나가 약물 재창출이다. 인공지능을 이용해 사용 중이거나 개발 중에 폐기된 약을 다른 어떤 질병에 적용할 수 있을지를 예측하게 한다. 비아그라는 임상시험에서 우연히 발견된 발기부전 해소 효과가 신약개발로 이어졌지만, 매번 신약개발에서 이런 운을 기대할 수는 없다. 이미 수많은 물질을 과학자들이 발견한 상황에서 새로운 물질을 발굴하는 것도 쉬운 일은 아니다. 이때 기존 약에서 새로운 적응증을 찾게 되면 신약개발의 기간과 비용을 대폭 줄일 수 있다.
이 전자소자는 기본적으로 뇌전증 환자의 특정 전기신호를 측정한다. 여기에 기능을 추가하면 전자소자가 반대로 뇌세포에 특정 전기신호를 전달하는 임무도 수행할 수 있다. 전자가 전기신호 수신이라면 후자는 전기신호 송신이다. 전기신호를 뇌에 효과적으로 전달할 수 있다면 할 수 있는 일이 많아진다. 파킨슨병은 뇌에서 운동신경을 담당하는 도파민 신경세포에 문제가 생겨 발생한다. 만약 도파민 신경세포에 적절한 전기신호를 보낼 수 있다면 꺼져 있는 도파민 신경세포를 다시 깨울 수도 있다. 앞서 말했듯이 뇌세포가 전기신호를 주고받으며 작동하기 때문에 가능한 일이다. 이런 점에서 뇌질환의 새로운 돌파구는 전기와 바이오의 융합에서 나올 수 있다고 봐도 큰 무리가 없다.
작가 소개
지은이 : 이성규
연세대학교에서 생명공학을 공부하고 같은 대학 언론홍보대학원에서 저널리즘을 전공했다. MBN에서 기자 생활을 시작했고, 지금은 YTN 사이언스에서 과학 전문 기자로 활동하고 있다. 2017년 생화학분자생물학회 선정 ‘올해의 생명과학 보도상’, 2025년 한국과학기자협회 선정 ‘과학취재상’을 수상했으며 YTN 사이언스의 바이오의학 전문 프로그램 〈카페 B〉, 바이오 업체 CEO 대담 프로그램 〈바이오 위클리〉 등을 진행했다. 지은 책으로는 《바이오 신약 혁명》 《신약개발 전쟁》 《호모 스페이스쿠스》 《질병 정복의 꿈, 바이오 사이언스》 《청소년을 위한 팬데믹 리포트》 등이 있다.
목차
들어가며
1장 인공지능이 바이오와 만나면
01 단백질 구조의 비밀, 폴딩
02 단백질 구조를 예측하는 로제타폴드와 알파폴드
더 깊이 들여다보기 단백질 구조의 중요성 : KRAS 사례
03 인공지능과 바이오가 만날 때
인공지능의 기본, GPU
인공지능 파운데이션 모델
인공지능계의 인형 눈 붙이기
인공지능과 신약 재창출
인공지능과 스크리닝
인공지능과 영상 판독 그리고 항암제
인공지능 만능주의
더 깊이 들여다보기 mRNA 백신의 작동 원리와 크리스퍼 라이브러리
04 인공지능을 이용해 새로운 물질을 찾아라!
코로나19 치료 물질
인공지능 신약개발 경진대회
PET 플라스틱을 분해하는 효소 찾기
슈퍼컴퓨터를 활용한 알츠하이머 치매 억제제
2장 바이오와 전기·전자가 만나면
01 전기와 바이오의 융합
02 마음의 병 우울증을 치료하는 전자약
03 21세기 불로초, 뇌-컴퓨터 인터페이스
BCI 기술이 영화와 만나면
04 웨어러블 디바이스의 진화, 전자 피부
05 빛으로 뉴런을 자극하는 광유전학 기술
크리스토퍼 놀런이 광유전학을 알았다면
아메리카노는 쓰고 커피 믹스는 덜 쓴 이유
광유전학 기술을 활용한 뇌졸중 치료
광유전학 기술을 상용화하기 위한 과제
3장 생명체와 비슷한 로봇이 온다
01 다양한 임무를 수행하는 휴머노이드로봇
02 소프트로봇의 시대
03 재난 현장에 투입된 바퀴벌레 사이보그
04 로봇이 뼈대 역할을 한다, 엑소 스켈레톤
05 네발로 걷고 뛰고 달리는 로봇 개
06 뇌의 시냅스에서 아이디어를 얻은 로봇의 눈
더 깊이 들여다보기 로봇 3원칙과 로봇의 미래
4장 미래 핵심 산업이 되어가는 우주 바이오
01 방사선 노출에 잘 견디는 생명체
02 미세중력과 단백질 결정화
03 인공지능을 활용한 방사성동위원소 치료
더 깊이 들여다보기 루테튬‒177은 어떻게 생산할까?
5장 새로운 길을 개척하는 요즘 바이오
01 인간의 장기를 재현하라! 장기칩과 오가노이드
02 개인별 맞춤형 치료
03 면역세포가 내 몸을 공격한다고?
04 노벨상을 받은 연구와 블록버스터 의약품
05 중간 부산물에서 황금알을 낳는 거위로, 대세는 RNA
06 더 많이 빼라, 비만약 전쟁
07 글로벌 기술이전과 상장 고공 행진
6장 지속 가능한 바이오를 위해
01 한국 바이오를 이끄는 3대 축
바이오 플랫폼 기술
바이오시밀러 위탁개발생산
바이오 분야의 꽃, 신약개발
02 인공지능과 바이오의 융합
인공지능×바이오 1강이 되려면
AI 바이오 국가 전략
인공지능×바이오의 그늘
03 기초과학 강국이 되기 위한 조건
풀뿌리 연구 과제 삭감과 R&D 폭거
기초과학 강국 도약을 위한 몇 가지 요건
기초과학과 인공지능의 접목
04 이공계 진학을 활성화하는 법
부자 의대, 연구 부자
제3의 길을 택한 의사과학자
인공지능 열풍과 이공계 지원 증가
