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천연물질 구조를 빠르게 밝혀낼 수 있는 방법 개발

SMART: Facial recognition for molecular structures

미국 캘리포니아 샌디에고 대학 (University of California San Diego) 연구진들이 기존 방법보다 천연물의 분자 구조를 훨씬 빠르고 정확하게 밝혀낼 수 있는 방법을 개발했다고 보고했다. 이번에 개발된 방법은 얼굴을 인식하는 것과 같은 원리로, 각 분자의 고유한 스펙트럼 데이터를 이용해 심도 깊은 학습 신경 네트워크를 통해 유사한 구조의 분자 클러스터를 통해 구조를 알지 못하는 천연 물질의 위치를 찾아내는 방식이다. 연구진은 새로운 시스템을 SMART(Small Molecule Accurate Recognition Technology)라고 명명했다. 관련 연구는 Scientific Reports지에 게재되었다 (DOI: 10.1038/s41598-017-13923-x).

SMART는 저분자를 정확히 인식할 수 있다는 의미에서 만들어진 단어로, 기존 방식보다 10배나 빠르게 구조가 알려지지 않는 분자의 구조를 식별해 낼 수 있다. 이번 연구가 중요한 이유는 미국 식품의약품 안전청(FDA)에서 승인된 의약품의 70%가 토양 미생물과 육상 식물, 그리고 해양 생물에서 추출된 천연 물질에서 기인했기 때문이다. 천연 물질의 분자 구조는 FDA의 승인을 받기 위해서, 지적 소유권을 얻기 위해서, 비슷한 구조체를 만들기 위해서 반드시 필요한 매우 중요한 정보이다. 하지만 천연 물질의 구조를 정확히 밝혀 내는 일은 매우 오래 걸리는 작업이었다. 천연 물질을 연구하는 사람들에게는 매우 곤혹스러운 부분이었다고 연구진은 말했다.

따라서 SMART 접근 방식을 통해서 새로운 분자가 어떤 카테고리 안에 속하는지를 알 수 있다면 시간을 대폭 줄일 수 있게 된다는게 연구진의 설명이다.

이를 위해 연구진이 사용한 것은 핵자기공명 분광기 기법인 HSQC NMR 스펙트럼 자료이다. 연구진은 지금까지 보고된 4000종의 HSQC 스펙트럼을 수집하고 분석함으로, SMART 기법에 사용되는 트레이닝 세트를 만들었다. 그리고 공동 연구를 통해 Siamese 네트워크라는 기술을 도입함으로 SMART 기법을 완성할 수 있었다고 연구진은 설명했다. 이 방법을 이용하면 천연 물질의 구조를 빠르게 밝혀낼 수 있음으로, 관련 신약 개발 속도가 가속화 될 것으로 기대된다.

 
관련연구자: Bill Gerwick

관련기관: University of California San Diego

본문키워드(한글): 천연물질, 구조, 핵자기공명, 분석, 화학물질, 신약

본문키워드(영문): natural compound, structure, nmr, analysis, drug development

국가: 미국

원문출판일: 2017-10-31

출처: https://phys.org/news/2017-10-smart-facial-recognition-molecular.html