KAIST, 바이오 경로 이미지 분석하는 AI 최초 개발

2024-11-28 김의영 기자

▲ KAIST 생명화학공학과 김현욱 교수(오른쪽 첫번째)가 권문수 박사과정생, 이준규 박사과정생과 기념촬영을 하고 있다. (사진=KAIST 제공)

[충청신문=대전] 김의영 기자 = KAIST 생명화학공학과 김현욱 교수 연구팀이 바이오 경로 이미지에서 유전자와 대사물질 정보를 자동 추출하는 기계학습 기반의 ‘바이오 경로 정보 추출 프레임워크(EBPI)를 개발했다.

28일 KAIST에 따르면 연구팀이 개발한 EBPI는 문헌에서 추출한 이미지 속의 화살표와 텍스트를 인식하고 이를 기반으로 바이오 경로를 편집 가능한 표의 형태로 재구성한다. 객체 감지 모델 등의 기계학습을 사용해 경로 이미지 내 화살표의 위치와 방향을 감지하고 이미지 속 텍스트를 유전자, 단백질, 대사물질로 분류한다. 그 후 추출된 정보를 통합해 경로 정보를 표 형식으로 제공한다.

연구팀은 7만 4853편의 논문에서 추출한 바이오 경로 이미지와 기존 수작업으로 작성된 경로 지도를 비교하며 EBPI의 성능을 검증했다.

그 결과, 높은 정확도로 바이오 경로 정보가 자동으로 추출됐음을 확인했다.

EBPI를 사용해 대표적인 바이오 경로 데이터베이스에 포함되지 않은 생화학 반응 정보를 대량의 문헌 내 바이오 경로 이미지로부터 추출하는 데에도 성공했다.

다양한 산업적 가치를 지닌 대사물질들의 생합성 관련 문헌을 EBPI로 분석한 결과, 문헌에서는 보고가 됐지만 기존 데이터베이스에서는 누락된 생화학 반응들이 확인됐다.

화학산업에서 다양한 응용분야를 갖는 1,4-부탄디올, 2-메틸부티르산, 하이드록시티로솔, 레불린산 및 발레로락탐의 생합성 경로를 예시로 이러한 발견을 제시했다.

김 교수는 “개발된 EBPI는 대규모 문헌 데이터 분석에 있어 중요한 도구가 될 것이며 생명공학, 대사공학 및 합성생물학 분야에서 바이오 경로 이미지를 AI로 분석하는 최초의 사례로 관련 연구의 실험 디자인 및 분석 시 유용하게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 KAIST 생명화학공학과 권문수 박사과정생과 이준규 박사과정생이 공동 제1 저자인 이번 연구는 대사공학 및 합성생물학 분야의 대표적 국제학술지인 대사공학에 게재됐다.