생성형 바이오의 시대: 인공지능과 생명(동아시아미래가치연구소 생명학 CLASS 5)

★ 생성형 바이오가 여는 생명 설계의 시대
: 저자 김용호 교수는 현재 성균관대학교 나노공학과 학과장으로, 약학대학, 생명공학대학, 화학과, 의공학과 등 4개 학과에 겸직으로 소속되어 있다. 이러한 이력은 한 가지 사실을 분명하게 보여준다. 학문은 이미 본격적으로 융합의 단계에 들어섰다는 점이다. 학과라는 구분은 여전히 존재하지만, 소속보다 서로 다른 학문이 어떤 방향을 향해 나아가고 있는지가 더 중요해지고 있다. 서로 다른 언어와 방법을 사용하지만, 문제의식과 방향성은 점점 가까워지고 있다.
김용호 교수가 지금 하는 가장 큰 일 가운데 하나는, 컴퓨터를 이용해 방대한 데이터를 분석하고, 그 정보를 바탕으로 단백질의 구조를 새롭게 설계하고 서열을 만드는 일이다. 이렇게 설계된 단백질을 활용해, 우리 몸에 존재하는 단백질을 기반으로 한 치료제를 개발하는 것이 핵심적인 작업이다.
코로나 시기를 거치면서 전 세계적으로 엄청난 어려움을 겪었고, 그 과정에서 세계 경제도 크게 흔들렸다. 그런데 그때 자본의 흐름이 어디로 향했는지를 보면, 거의 대부분 인공지능과 생명과학 분야로 집중되었다. 여기에는 분명 위험성도 존재한다. 자본이 한 곳으로 싱크홀처럼 빨려 들어가고 있는데, 그에 비해 생산성은 아직 충분히 외부로 드러나지 않고 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고 인공지능이 '무섭게' 느껴지는 이유는, 이 분야가 가진 잠재력이 워낙 크기 때문이다. 지금 우리는 그 잠재력을 둘러싸고 진행되는 치열한 기술 경쟁의 한가운데에 서 있다고 볼 수 있다.
단백질 디자인 분야에 있어서 저자는 우리나라 1세대 연구자에 해당한다. 특히 이를 신약 개발에 실제로 적용하는 연구자는, 현재 국내에서는 손에 꼽을 정도로 많지 않다. 이런 상황이 나타나는 이유 가운데 하나는 시대의 변화 속도가 매우 빠르기 때문이다. 바이오 산업에서 우리나라의 세계 시장 점유율은 과연 얼마일까? 놀랍게도 약 1.6%에 불과하다. 그동안 우리는 공정과 생산, 즉 남이 만들어 놓은 것을 빠르게 따라잡고 효율적으로 개선하는 데에는 매우 강한 국가였다. 그러나 완전히 새로운 혁신 기술, 특히 AI와 같은 영역에서는 상대적으로 뒤처져 있는 것이 현실이다. 최근 정부 차원에서 AI에 대규모 투자를 지속적으로 강조하는 이유 역시, 이러한 산업 구조의 불균형과 깊이 연결되어 있다. 이러한 흐름을 극복하기 위해서는 결국 새로운 산업을 열어야 한다. 그리고 그 핵심이 바로 현재 시장 점유율이 1.6%에 불과한 신약 개발, 생체 소재, 바이오 진단과 같은 분야이다. 이 산업들이 성장하기 위해 필요한 기반 기술이 무엇인가를 생각해 보면, AI 기반의 단백질 디자인과 생성형 바이오 기술이 바로 그 토대에 해당한다.

★ 생명을 살리는 쪽으로 발전하는 기술
: 저자는 개인적인 경험을 밝히면서, 유전 질환을 고생한 아이들의 아픔에 대해 공감하고 있다. 희귀·난치성 질환, 특히 아이들을 위한 연구개발을 해야겠다는 생각으로 특히 연구에 매진하고 있으며, 최첨단 바이오 기술은 생명을 살리는 쪽으로 가야 한다고 강조한다. 파괴적인 방향이 아니라, 생명을 지키는 쪽으로 계속 방향을 잡아줘야 한다. 바로 이 점이 이 기술에 대해 스스로 부여한 기준이다. 저자는 AI를 무서워할 대상으로 보지 않는다. 생명 현상을 바라보는 관점에서 보면, 대응할 수 있는 도구라고 생각한다. 우리의 삶은 더 윤택해질 수 있는 기술적 기반 위에 서 있으며, 중요한 건 이 기술을 어떻게 사용할 것인가에 대한 고민이다.
1954년, 과학사에서는 매우 중요한 인물이 등장하는데 바로 라이너스 폴링(Linus Pauling)이다. 폴링은 단백질 연구에서 결정적인 업적을 남긴 과학자다. 단백질은 아미노산으로 이루어져 있는데, 이 아미노산들이 어떤 방식으로 서로 연결되어 있는지, 즉 화학적 결합 구조를 처음으로 규명한 사람이 바로 폴링이다. 이 연구는 단순히 "결합이 이렇게 생겼다"는 사실을 밝힌 데 그치지 않고, 생명체의 물질적 기반을 이해하는 데 결정적인 단서를 제공했고, 이러한 연구 성과로 노벨 화학상을 받았다. 놀랍게도 폴링은 약 3~4년 뒤, 다시 노벨 평화상을 받게 된다. 이미 노벨상을 통해 확보한 사회적 영향력을 바탕으로, 핵무기 반대 운동과 반전 운동에 적극적으로 나섰기 때문이다. 이처럼 과거의 과학자들은 자신의 연구 성과를 사회적·윤리적 문제와 분리하지 않았다. 과학적 역량과 인문학적 소양이 함께 작동하던 시기였다고 할 수 있다.
이 점이 중요한 이유는 특히 인공지능을 개발하는 공학 계열 연구자들이 윤리적·인문학적 성찰 없이 기술 개발에만 몰두할 경우, 기술을 잘 만들고 못 만들고의 문제가 아니라, 사회 전체를 위협하는 '괴물'을 만들 위험이 있기 때문이다. 이는 단지 이론적인 우려가 아니라, 사회와 경제를 실제로 붕괴시킬 수 있는 문제다. 특히 AI를 다루는 생명과학 분야는, 다른 전공보다 더 철학적이고 윤리적인 기준을 세워야 한다. 학생들에게 인문학적 소양을 심어주고, 사회에 대해 깊이 사고할 수 있는 힘을 길러주는 것, 기술을 배척하거나 AI를 사악한 존재로 보는 것이 아니라, 우리의 미래를 어떻게 더 나은 방향으로 만들어 갈 수 있을지를 함께 고민하는 것, 이런 교육 철학 속에서 의미 있는 결과들이 나올 수 있을 것이다.


〈동아시아미래가치연구소 생명학 CLASS〉를 기획하며
: 오늘날 우리는 '생명'이라는 단어를 자연스럽게 사용하지만, 그 의미를 깊이 성찰할 기회는 많지 않다. 근대 과학과 서구적 사유 속에서 정립된 '생명' 개념은 우리 삶에 깊숙이 스며들었지만, 동시에 인간과 자연, 기계와 생명의 경계를 엄격히 구분하는 이분법적 사고를 만들어 냈다. 그러나 21세기 들어 기후 위기, 인구 구조의 변화, 첨단 기술의 발전, 인공지능(AI)의 등장과 같은 거대한 전환을 맞이하면서, 기존의 생명관은 더 이상 충분한 설명력이 없음을 드러내고 있다. 이제 우리는 다시금 묻는다. 생명이란 무엇인가? 우리는 생명을 어떻게 이해하고, 어떤 가치를 부여해야 하는가? 생명과 생명을 잇는 관계 속에서 돌봄과 책임은 어떤 의미를 가지는가? '기술 발전과 함께 생명윤리는 어떻게 변화해야 하는가?
성균관대학교 동아시아미래가치연구소의 생명학 CLASS 시리즈는 이러한 질문에 답하고자 기획되었다. 동아시아미래가치연구소는 동아시아적 전통 속에서 생명 개념을 탐구하고, 현대 과학기술 및 인문학적 사유를 융합하여 생명의 의미를 재구성하는 시도를 이어가고자 한다. 이 강연록은 다양한 학문 분야의 연구자들이 주축이 되어 학술적, 사회문화적 관점에서 생명을 해석하고, 현대 사회가 직면한 생명 관련 난제들을 조망하는 내용으로 구성된다. 특히, 현재 더욱 중요해지고 있는 '돌봄(care)'과 '생명윤리(bioethics)'의 가치에 주목하며, 생명과 생명 사이의 관계성을 조명한다. 이 시리즈를 통해 우리는 근대적 생명관의 한계를 넘어, '돌봄'과 '생명윤리'를 중심으로 자연과 인간, 기술과 생명의 새로운 관계를 모색한다. 생명에 대한 철학적, 윤리적, 사회적 논의를 확장함으로써, 보다 지속 가능하고 공생적인 미래를 설계하는 데 기여할 수 있을 것이다.

기획의 말

생성형 바이오의 시대: 인공지능과 생명
1. 들어가며
2. 1901년 이후, 생명을 이해하는 방식의 변화
3. 기술은 생명을 어떻게 드러내는가
4. 데이터가 생명을 예측하기 시작하다
5. 단백질 디자인과 생성형 바이오의 도래
6. 인공신경망과 단백질 디자인
7. 생성형 바이오가 여는 생명 설계의 시대

Q&A

김용호 KAIST에서 석사 학위 취득, LG화학에서 연구원으로 재직하였으며, UPenn에서 생화학 박사 학위를 취득, MIT에서 박사후연구원 과정을 거쳐 세계적 수준의 연구 경력을 완성했다. 현재는 성균관대학교 나노공학과 교수로 성균나노과학기술원에 재직하며 나노기술과 생화학을 접목하여 생명과학 분야의 난제를 해결하는 연구를 이끌고 있다. 주요 연구 성과로는 공동 제1저자로 참여한 「Computational Design of Virus-like Protein Assemblies on Carbon Nanotube Surfaces」 (Science, 2011)를 비롯하여, 「Capture and Imaging of the Pre-hairpin Intermediate in Viral Membrane Fusion of the Paramyxovirus PIV5」(PNAS, 2011), 「De Novo Design and Molecular Assembly of a Transmembrane Diporphyrin-Binding Protein Complex」(JACS, 2010) 등 다수가 있다.