안녕하세요. 인실리코 DX 사업본부 입니다. 무더운 여름 건강히 잘 지내고 계신가요?
이번에 저희 인실리코에서는 다쏘시스템 BIOVIA Discovery Studio 프로그램을 소개하고자 온라인 웨비나를 진행하였습니다.
많은 분들이 참석해주셨고, 웨비나의 주요 내용을 요약하여 아래와 같이 공유 드립니다.
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Online Webinar Contents
“미각 수용체의 분자 모델링과 가상 스크리닝을 통한 감미 분자의 탐색”
이번 웨비나는 차세대 식품소재 연구 방법론으로서 분자모델링과 AI 기반 가상 실험의 필요성과 BIOVIA Discovery Studio의 실제 적용 방법을 다루었습니다. 상세한 목차는 아래와 같습니다.
01 식품 연구의 변화와 분자모델링의 역할
02 Discovery Studio의 소개 및 주요 기능
03 시스템 구성 및 활용 방안
04 활용 사례 및 연구 적용 예시
Discovery Studio가 필요한 이유
현재 식품 연구 현장은 거대한 변화를 맞이하고 있습니다. 이전에는 새로운 소재를 개발하기 위해 천연물에서 무작위로 원료를 추출하고, 수 많은 반복 실험을 통해 효능을 검증하는 방식이 일반적이었습니다. 그러나 이 과정은 막대한 비용과 시간이 소요될 뿐 아니라, 알레르기나 독성과 같은 안정성을 사전에 예측하기 어렵다는 한계가 있었습니다.
그렇다면 더 효율적인 방법은 없을까요?
바로 *분자모델링(molecular modeling)이 그 해답이 될 수 있습니다. 실제 실험에 착수하기 전에, 컴퓨터 상에서 원료의 분자 구조와 수용체 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 실험 전에 결과를 예측할 수 있는 것입니다.
이제 연구자들은 방대한 후보 물질 중에서 무작위로 선택하는 대신, 가상 스크리닝을 통해 가능성이 높은 후보만을 선별하여 집중할 수 있습니다. 또한, 알레르기 반응이나 독성 가능성 역시 사전에 검토할 수 있어, 불필요한 시행착오를 줄이고 연구 속도를 크게 앞당길 수 있습니다.
이러한 혁신의 중심에 바로 BIOVIA Discovery Studio가 있습니다. Discovery Studio는 분자 모델링, 도킹, QSAR, ADMET 예측 등 다양한 기능을 통해 식품 연구의 패러다임을 ‘실험에서 설계로’ 바꾸고 있습니다.
Discovery Studio의 주요 기능
Discovery Studio는 식품뿐 아니라 제약, 화장품 등 다양한 산업에서 사용되는 분자모델링 시뮬레이션 소프트웨어입니다.
아래와 같은 기능은 단순한 실험 보조 수준이 아니라, 실제 연구 전략을 바꾸는 핵심 도구가 되고 있습니다.
- QSAR 분석: 분자 구조와 활성의 정량적 관계 분석
- ADMET 예측: 흡수, 분포, 대사, 배설, 독성 평가
- Docking & Pharmacophore: 단백질-리간드 결합 예측 및 후보 물질 선별
- Library Design & FBDD: 화합물 라이브러리 생성 및 분석, 신규 화합물 설계 및 수정
- Molecular Dynamics: 시간에 따른 구조 안정성 분석
- Homology Modeling: 3D 단백질 구조 생성 및 예측
- Mutation: 단백질/항체 돌연변이 예측 및 구조 생성
시스템 구성과 활용
Discovery Studio는 *온프레미스(On-Premise)와 *클라우드(Cloud) 환경에서 모두 사용할 수 있습니다.
• 온프레미스는 자체 서버를 활용하여 안정적으로 운영할 수 있다는 장점이 있습니다.
• 클라우드는 빠른 계산 속도와 최신 AI 기반 기능(AlphaFold, OpenFold 등)을 자유롭게 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.
연구 목적과 환경에 따라 최적의 구성이 가능하다는 점도 많은 연구자들에게 매력적으로 다가올 수 있습니다.
웨비나 사례 소개
웨비나 후반부에서는 저희 인실리코의 이수원 마스터님께서 Discovery Studio를 활용한 실제 연구 사례를 소개해주셨습니다.
또한, 기존 논문 데이터를 기반으로 최신 AI와 Discovery Studio를 활용하여 가상 스크리닝 과정을 소개하였습니다.
1. 연구 배경
- 새로운 식품 소재 개발의 핵심 최신 트렌드
- 미각 수용체(tastte receptor) 구조 예측을 통해 새로운 감미료를 개발하다
- 고성능 그래픽 카드의 개발과 컴퓨터 기술의 발전으로 우리가 맛을 느끼는 원인을 분자 수준에서 예측할 수 있다
2. 주요 참고 논문 사례
- Xiaodong Li et al., 2010
단맛을 느끼게 해주는 단맛 수용체의 핵심 아미노산 인식에 성공 (Homology Modeling + Docking) - Di Pizio et al., 2019 / Zhe Zhang et al., 2011
Zero sugar의 시대를 연 Aspartame. 이에 대한 단서를 분자 결합 메커니즘으로부터 예측 - Born et al., 2013
쓴맛 수용체의 촉진과 억제를 담당하는 부위가 같다?
구조적 분석으로부터 발견한 쓴맛 조절의 핵심 요소
3. 연구 워크플로우 시연
- Homology Modeling & Al
논문에서 확인된 단맛 수용체의 주요 잔기를 고려한 3차원 단백질 구조 생성 - Generative AI + 분자 설계
현재 당 제로 제품에 첨가된 감미료(aspartame, neotame)를 기반으로 새로운 후보 감미료 생성 - Molecular Docking & Molecular Dynamics Simulation
계산 시뮬레이션을 통한 단맛 수용체와 감미료 후보물질의 실제 상호작용 가능성 예측 및 분석
4. 의의와 비전
In silico 기반 방법론은 실험에 앞서 수많은 화합물의 활성을 예측할 수 있어, 전체 연구 비용과 시간을 크게 줄일 수 있습니다.
이번 사례를 통해 Discovery Studio가 식품 과학에서도 신규 감미 분자 탐색 및 맛 조절제 개발에 활용될 수 있음을 보여주었습니다.
이번 웨비나를 통해 저희가 전달하고 싶었던 메시지는 명확합니다. “이제 식품 연구도 설계 중심의 시대로 접어들고 있다.”
BIOVIA Discovery Studuio는 그 변화를 가장 앞에서 이끌고 있는 도구이며, 인실리코는 앞으로도 최신 AI와 분자모델링 기술로 연구자분들의 혁신적인 연구를 지원하겠습니다. 많은 관심과 성원 부탁드립니다.
자료 신청 안내
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