백신 반응을 개선하기 위해 몸 안에 사는 미생물(microbe)과 생태계(biome)를 합친 '마이크로바이옴(Microbiome)'이 인간 시스템과 상호 작용하는 방식을 연구하기 위해 인공지능을 사용하고 있다.

미국 아이오와 주립대학교(Iowa State University. 이하, ISU)의 연구팀은 혁신적인 인공지능(AI)을 사용하여 미생물군집이 면역 체계와 상호 작용하는 방식을 연구하고 있다.

수의미생물학 예방의학과(Department of Veterinary Microbiology) 그레고리 필립스(Gregory Phillips) 박사가 이끄는 연구팀은 AI를 이용해 백신 반응을 개선하기 위해 인간의 소화 시스템에 적응한 장내 세균 연구에 초점을 맞추고 있다고 밝혔다.

연구팀은 백신 전달과 면역 반응에 의해 유발된 미생물군의 변화를 모니터링하는 실험을 주도하고 있다. 이 연구는 미 국방부로부터 미생물군유전체를 수정하여 백신을 더욱 효과적으로 만드는 방법을 연구하는 프로젝트로 2년간 총 160만 달러(약 18억3천만원)을 지원받는다.

연구팀은 그들이 관찰할 상호 작용이 너무 복잡하기 때문에 미 인디애나 대학교(Indiana University)와 협력하여 방대한 양의 데이터에서 패턴을 찾기 위해 머신러닝을 적용했다.

건강한 마이크로바이옴은 면역체계에도 영향을 미치며 연구팀은 백신의 효과에 영향을 미치는 마이크로바이옴의 일부를 찾을 예정이다. 코로나19(COVID-19) 바이러스 대유행이 보여주듯이 모든 사람이 동일한 방식으로 백신에 반응하는 것은 아니다.

백신이 부여하는 면역 수준과 면역의 지속성은 개인마다 다를 수 있다. 필립스 박사와 그의 동료들은 인공지능을 통해 미생물군집의 조건이 백신 반응을 향상시킬 수 있는지 여부를 연구할 것이다.

예를 들어, 그 존재가 백신 반응을 강화하는 특정 박테리아 또는 박테리아 내의 특정 유전자가 있는지, 그리고 인간은 프로바이오틱스를 사용하는 것과 같이 백신 반응을 최적화하기 위해 미생물군집을 조정할 수 있는지 등이다.

연구원들은 또한 23개 기관의 75명의 연구원으로 구성된 컨소시엄인 ISU 나보백신 연구소(Navovaccine Institute)와 협력하여 다양한 분야의 연구원 간의 파트너십을 촉진했다. 이 연구에서 그들은 생물학과 AI 사이의 간극을 메우기를 희망한다고 밝혔다.

이 연구를 지원하는 미 국방부는 개선된 백신 반응이 군인들이 임무를 수행하는 동안 건강을 유지하는 데 도움이 되기를 바라며 자금을 지원하고 있다.

한편, 필립스 박사는 이 연구가 군사적 적용 이상의 의미를 갖는다고 강조했다. 다음 단계는 SARS-CoV-2 바이러스의 스파이크 단백질(S)을 표적으로 하는 백신을 테스트하여 미생물군집의 변화가 COVID-19에 대한 반응을 개선할 수 있는지 여부를 측정하는 것이다.