성균관대학교(총장 유지범) 화학공학부 이동엽 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반의 단백질 구조 예측 기술과 시스템생물학을 융합하여, 바이오의약품 생산의 핵심인 동물세포의 상태를 정밀하게 예측하고 제어할 수 있는 차세대 디지털 가상세포 모델 ‘iCHO3K’를 발표했다.
바이오의약품은 살아있는 세포를 이용해 만드는 복잡한 치료제로, 이를 생산하기 위해서는 ‘CHO 세포’라는 일종의 ‘세포 공장’이 필요하다. 마치 자동차를 만들 때 정밀한 설계도와 시뮬레이션이 필요하듯, 바이오의약품 생산에서도 세포 내부에서 일어나는 수많은 생화학 반응을 예측하는 것이 매우 중요하다. 하지만 지금까지는 관련 데이터와 모델이 전 세계적으로 흩어져 있어 연구자들이 통합적으로 활용하는 데 어려움이 있었다.
이동엽 교수팀이 이번에 공개한 ‘iCHO3K’는 전 세계 13개국 20여 개의 권위 있는 연구기관이 참여하여 완성한 글로벌 표준 모델이다. 연구팀은 파편화되어 있던 기존의 디지털 모델들을 하나로 통합하고, AI 기술을 통해 세포 내 단백질의 3차원 구조 정보까지 반영함으로써 실제 세포의 움직임을 가장 가깝게 구현해냈다. 이는 마치 구형 종이 지도를 사용하던 시대를 지나, 실시간 교통 상황을 반영하는 정밀한 ‘디지털 내비게이터’를 확보한 것과 같은 혁신적인 성과다.
연구팀은 이번 모델에 약 3,500개의 유전자와 11,000개 이상의 생화학 반응 데이터를 담았다. 특히 최근 주목받는 AI 단백질 구조 예측 기술을 접목하여, 세포 내 효소들이 어떻게 반응하는지 물리적 제약 조건까지 계산할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 연구자들은 컴퓨터상에서 미리 시뮬레이션을 해봄으로써, 실제 실험 횟수를 획기적으로 줄이면서도 의약품 생산 효율을 극대화할 수 있게 되었다.
이번 연구는 성균관대학교가 글로벌 바이오 연구의 중심에서 프로젝트를 주도했다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 미국, 영국, 덴마크 등 각국의 전문가들이 합의한 표준 모델인 만큼, 향후 전 세계 바이오 기업과 연구소들이 의약품 생산 공정을 개발할 때 ‘iCHO3K’를 공통된 기준점으로 사용하게 될 전망이다.
공동 제1저자인 최동혁 박사는 “이번 모델을 통해 세포 내부의 복잡한 대사 현상을 마치 기계 장치를 들여다보듯 구조적으로 해석할 수 있게 되었다”고 설명했다.
연구를 이끈 이동엽 교수는 “iCHO3K는 사람이 직접 조종하지 않아도 최적의 조건으로 의약품을 생산하는 ‘자율주행 바이오공정 디지털 트윈’을 구현하기 위한 핵심 기술”이라며, “대한민국이 첨단 바이오의약품 제조 공정 혁신에서 세계적인 주도권을 확보하는 데 기여할 것”이라고 강조했다.
본 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원으로 수행되었으며, 시스템생물학 분야의 세계적 학술지인 ‘셀 시스템즈(Cell Systems)’에 2026년 4월 15일 게재됐다.
※ 논문명: A community reconstruction of Chinese hamster metabolism and structural systems biology elucidate metabolic rewiring in lactate-free CHO cells
※ 학술지: Cell Systems (2026)
※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cels.2026.101574
(왼쪽부터) 성균관대 화학공학부 이동엽 교수, 최동혁 박사
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