전 세계 13개국 20여 기관 참여한 글로벌 공동연구 결실, 차세대 가상세포 모델 ‘iCHO3K’ 개발
AI 기반 단백질 구조 예측 기술 융합해 첨단바이오의약품 생산공정의 디지털 전환(DX) 선도

(왼쪽부터) 성균관대 화학공학부 이동엽 교수, 최동혁 박사

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.

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.

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. 공동 제1저자인 최동혁 박사는 세포 내부의 복잡한 대사 현상을 구조적으로 해석할 수 있게 됐다고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐으며, 시스템생물학 분야 국제 학술지 ‘셀 시스템즈(Cell Systems)’에 2026년 4월 15일 게재됐다.