애플, 단백질 서열·3차원 구조 함께 만드는 AI '심플디자인' 공개

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[디지털투데이 AI리포터] 애플 연구진이 단백질 아미노산 서열과 3차원 구조를 함께 생성하는 인공지능 모델 '심플디자인'을 공개했다. 12일(현지시간) IT매체 나인투파이브맥에 따르면 이 모델은 단백질 구조 예측을 넘어 설계까지 더 단순한 범용 구조로 처리하는 데 초점을 맞췄다.심플디자인의 핵심은 기존 단백질 설계 모델에서 흔한 다단계 학습을 줄인 점이다. 연구진은 논문 'SimpleDesign: A Joint Model for Protein Sequence and Structure Codesign'에서 심플디자인이 아미노산 서열과 심플디자인의 핵심은 기존 단백질 설계 모델에서 흔한 다단계 학습을 줄인 점이다. 기존 공동 설계 모델은 먼저 단백질 구조를 이산 표현인 토큰으로 바꾸는 별도 모델을 학습한 뒤, 이 표현을 바탕으로 새 서열과 구조를 생성하는 모델을 다시 학습하는 경우가 많았다.

반면 심플디자인은 이런 중간 단계 없이 아미노산 서열과 3차원 좌표가 짝지어진 데이터를 직접 학습해 서열과 구조를 함께 만든다.

연구진은 알파폴드 데이터베이스의 예측 구조와 추가 샘플을 결합한 AFESM 데이터셋을 중심으로 200만개 이상 단백질 서열·구조 쌍을 학습에 사용했다. 이 과정에서 서열 일부는 마스크 토큰으로 가리고, 구조에는 노이즈를 더했다. 교란 강도를 다르게 주면서 하나의 모델이 여러 과제를 함께 익히도록 한 점도 특징이다. 서열이 대부분 유지되고 구조가 크게 훼손되면 알려진 서열로부터 구조를 복원하도록 했고, 구조가 비교적 유지되고 서열이 많이 가려지면 주어진 구조를 만들 수 있는 서열을 생성하도록 했다. 두 요소가 모두 부분적으로 교란되면 공동 설계 문제를 동시에 학습했다. 심플디자인은 단순한 학습 파이프라인에도 단백질 공동 설계, 구조 생성, 서열 생성 벤치마크에서 경쟁력 있는 결과를 냈다. 생성한 단백질 구조도 그럴듯한 수준이었고, 아미노산 서열은 대부분의 경쟁 멀티모달 모델과 비슷하거나 더 나은 성능을 보였다.