미국 듀크대 벤처렐리 연구실에서 자동화 실험실 로봇이 작동 중이다. Duke University 제공 인공지능(AI)과 로봇 기반의 자동화 실험으로 장 건강에 도움이 되는 유산균(프로바이오틱스)과 식이섬유(프리바이오틱스) 조합을 체계적·효율적으로 찾는 방법이 개발됐다. 오필리아 벤처렐리 미국 듀크대 생명의공학과 교수팀은 AI와 로봇 자동화 실험으로 유익한 장내 미생물과 식이섬유 조합을 탐색하는 방법을 개발하고 연구결과를 27일(현지시간) 국제학술지 '네이처 케미컬 바이올로지'에 공개했다. 사람의 장내 미생물 구성은 식단과 약물 복용, 생활 환경 등에 따라 달라 같은 유산균, 식이섬유를 먹더라도 효과가 일정하지 않다. 식이섬유는 보통 유익균의 먹이가 된다. 일관되고 예측 가능한 유산균과 식이섬유 조합을 찾아 효과를 입증하는 것이 산업계의 숙제다. 소셜그래프게임주소 연구팀은 15종의 장내 미생물과 식이섬유 6종을 조합해 어떤 조건에서 장 건강에 중요한 짧은사슬 지방산인 낙산(부티르산)이 잘 만들어지는지 분석했다. 변수 21개만으로도 미생물과 먹이의 가능한 조합 수는 수조 개를 넘어간다. 미국 듀크대 벤처렐리 연구실의 자동화 실험 장비. Duke University 제공 연구팀은 기계학습 모델과 최적화 학습, 고속 로봇 실험을 결합해 기존 컴퓨터 모델의 빈틈을 메우면서 목표 생산물 생성을 높이는 실험 조건을 찾았다. 한번에 최대 390개의 조건을 처리하는 실험을 다섯 차례 반복하며 데이터를 축적했다. 분석 결과 식이섬유인 이눌린과 이눌린을 잘 이용하는 미생물 2종 박테로이데스 유니포르미스(학명 Bacteroides uniformis)와 아나에로스티페스 카카에(학명 Anaerostipes caccae)는 다른 미생물 종인 프레보텔라 코프리(학명 Prevotella copri)와 상호작용하며 다른 미생물 종이나 물질이 추가돼도 거의 영향받지 않고 안정적으로 낙산을 많이 생산하는 것으로 나타났다 백경게임공략방법 . 유익한 균을 장에 추가하는 데 그치지 않고 해당 균이 장에서 자리 잡고 오래 기능하도록 환경까지 함께 설계하는 전략이다. 연구팀은 발견한 조합이 염증성 장질환 생쥐 모델을 치료할 수 있는지 검증하고 있다. 나아가 실제 사람의 복잡한 장내 환경에서 같은 조합이 안정적으로 작동하고 임상적 효과를 내는지 확인해야 한다. 연구팀이 제시한 최적의 조합 탐색법은 특정 장질환과 개인별 미생물 환경에 맞춘 맞춤형 조합 개발에 활용될 수 있다. 벤처렐리 교수는 "특정 문제에 알맞은 미생물과 식이섬유 조합을 찾는 시도는 충분히 이뤄지지 않고 있다"며 "이번 접근법이 다양한 위장관 문제에 효과적인 맞춤 해결책을 만드는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다. <참고 자료> - doi.org/10.1038/s42-4 가능한 조합 수는