앤트로픽이 내부 연구용 클로드 모델을 이용해 전갈 신경독소에 달라붙는 소형 단백질 '미니바인더(minibinder)'를 설계한 실험 결과를 공개했다. 미니바인더는 특정 표적에 단단히 결합하도록 만든 작은 단백질로, 이론적으로는 독소가 신경세포의 나트륨 채널에 달라붙는 것을 가로막아 독을 무력화할 수 있다. 연구팀은 투자리서치 기업 Citrini Research와 함께 다듬은 하나의 프롬프트와 네 차례의 후속 지시를 바탕으로 클로드가 설계를 수행하게 했고, Adaptyv Bio와 Twist Bioscience가 211개 설계를 실험실에서 검증해 그중 17개가 결합 기준을 충족했다고 밝혔다. 211개 설계와 데이터 전부는 연구 자원으로 공개됐다.
이 프로젝트의 출발점은 '동기만 있고 전문성은 부족한 집단이 AI의 도움으로 실제 보건 문제를 다룰 수 있는가'라는 질문이었다. 전갈 쏘임은 해마다 120만 명 이상에게 발생하고 3,250명 넘는 사망으로 이어지며, 피해자 대부분은 의료 접근이 제한된 지역의 어린이다. 신규 치료제 개발 비용은 높지만 투자 회수 가능성은 낮아, 전갈 중독은 '소외열대질환'으로 분류돼 왔다. 기존 항독소는 전갈 독을 말에 면역시켜 항체를 정제하는 방식으로 수개월이 걸리고, 소수의 독소에만 효과가 있으며 생산 비용도 비싸다.
64시간의 자율 설계
클로드는 'Claude Science' 환경 안에서 약 64시간에 걸쳐 대체로 자율적으로 작업했다. 단백질 구조 데이터베이스인 PDB와 알파폴드 데이터베이스(AFDB)를 뒤져 표적 독소 구조를 고르고, 각 독소에서 결합체가 달라붙을 아미노산 '핫스팟' 다섯 곳을 지정했으며, 설계가 통과해야 할 품질 기준과 12종의 설계 도구 활용 비중까지 스스로 정했다. 총 318,484개의 설계를 생성하고 553,052개의 설계-독소 쌍을 공동 폴딩해 선별했으며, 약 1만 GPU 시간을 사용했다. 사람은 첫 24시간 이후 네 번의 후속 프롬프트로 방향을 잡아 주는 역할에 머물렀고, 데이터 분석과 도표 생성, 최종 보고서 초안 작성도 클로드가 맡았다.
표적은 멕시코(Cn2), 브라질(Ts1), 북아프리카(AaH I·AaH II), 중동(LqhIII)에서 유래한 다섯 개 독소였다. 연구팀은 개별 독소용 결합체뿐 아니라 여러 독소를 한꺼번에 노리는 '다중독소 결합체'도 시도했다. 하나의 분자로 여러 독소를 막을 수 있다면 보편적 항독소 칵테일에 필요한 분자 수를 줄여 비용 효율과 지역 중립성을 높일 수 있기 때문이다. 다만 이 다섯 독소는 전체 구조는 같은 접힘을 공유하지만 아미노산 서열 동일성은 26~62%에 그쳐, 다중 표적 설계에는 까다로운 과제였다.
검증 결과와 한계
검증은 성격이 다른 두 실험실에서 교차로 진행됐다. Adaptyv Bio는 세균에서 추출한 단백질 생산 장치를 쓰는 무세포 시스템으로, Twist Bioscience는 사람 신장세포에 항체 줄기(Fc) 융합 형태로 설계를 발현시켰다. 두 곳 모두 표면 플라스몬 공명(SPR)으로 결합 강도를 나타내는 해리상수(KD)를 측정했다. 연구팀은 두 실험실 모두에서, 모든 반복 실험에서 결합 증거를 보이고 KD가 1µM 이하이며, 무관한 인간 단백질 CLEC12A에는 신호가 없어야 한다는 엄격한 기준을 적용했다. 그 결과 211개 중 17개가 결합체로 인정됐다. 개별 독소용 60개 설계 중에서는 11개(18%)가 결합에 성공해 기존 단백질 설계 캠페인과 비슷한 수준이었다.
가장 강력한 결합체 Cn2-B1과 Cn2-B2는 멕시코 전갈 독소 Cn2에 한 자릿수 나노몰 수준의 친화도로 단단히 결합했다. 경쟁 실험에서 이 둘은 생쥐에서 Cn2를 중화하는 것으로 보고된 항체 LR과 거의 같은 자리에 붙는 것으로 나타났는데, 이 부위는 Cn2가 나트륨 채널에 달라붙는 지점과 겹친다. 반면 여러 독소를 동시에 겨냥하도록 만든 설계 중 둘 이상의 독소에 결합한 것은 하나도 없었다. 연구팀은 프롬프트 방식, 설계 도구의 한계, 나아가 다중독소 설계 자체의 생물학적 타당성까지 여러 원인이 있을 수 있다고 설명했다.
분명한 선은 그어져 있다. 이번 결과는 독샘에서 정제한 독이 아니라 유전자로부터 실험실에서 길러낸 재조합 독소에 대한 '결합'만 확인한 것이다. 세포 수준의 중화 실험(in vitro)도, 생쥐 등 살아 있는 동물에서의 효능 실험(in vivo)도 수행되지 않았다. 따라서 앤트로픽은 항독소를 만들었다고 주장하지 않는다. 외부 전문가 Susana Vázquez Torres와 Timothy P. Jenkins는 이를 '유망한 첫걸음'으로 평가했다.
실무자 관점에서 이번 사례의 의미는 항독소 자체가 아니라 작업 흐름에 있다. AI가 며칠 만에 까다로운 표적에 대한 그럴듯한 결합체를 설계하고 몇 주 안에 실험실에서 확인할 수 있다는 점은, 투자 유인이 부족한 소외질환 분야의 초기 탐색을 압축할 가능성을 보여준다. 동시에 결합과 중화, 그리고 안전하고 저렴하며 널리 공급 가능한 의약품 사이에는 여전히 긴 간극이 있다는 사실도 확인시킨다. 공개된 211개 설계와 측정 데이터는 이 간극을 좁히려는 연구자들이 자신의 가설을 검증해 볼 수 있는 실질적인 출발 자료라는 점에서 눈여겨볼 만하다.