작성자: 페사흐 벤슨(Pesach Benson) • 2026년 11월 2일

예루살렘, 2026년 11월 2일 (TPS-IL) — 이스라엘 연구진이 기존 유전자 데이터베이스에 없는 미생물에서 유래한 것이라 할지라도 박테리아 DNA를 식별할 수 있는 인공지능 도구를 개발해, 과학자들이 이전에는 숨겨져 있던 미생물 형태를 밝혀내는 데 잠재적으로 도움을 줄 것으로 기대된다.

이 기술은 여전히 상당 부분 규명되지 않은 토양 미생물을 연구하는 새로운 길을 열 수 있다. 이러한 박테리아를 식별하면 과학자들이 토양 건강, 식물 성장, 그리고 미생물이 환경에서 하는 역할을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다.

BBERT라는 이름의 이 도구는 기존 유전자 데이터베이스와의 비교에 의존하기보다 박테리아 DNA의 패턴을 인식한다. 100개의 DNA 구성 요소(building blocks) 정도로 짧은 단편도 식별할 수 있으며, 여기에는 기존 방식으로는 분류할 수 없는 경우가 많았던 염기서열도 포함된다.

과학자들은 토양 DNA를 분석할 때 박테리아, 곰팡이, 식물 및 기타 유기체로부터 수백만 개의 짧은 단편을 얻는다. 특히 해당 유기체가 유전자 참조 데이터베이스에 없는 경우, 그 기원을 규명하기가 어려울 수 있다. 이러한 설명되지 않는 유전 물질의 상당 부분은 미생물 ‘암흑 물질(dark matter)’로 알려져 있다. BBERT는 언어 기술에도 사용되는 인공지능 기법을 적용해 이 과제를 해결한다. 문장의 패턴을 학습하는 대신 박테리아 DNA의 패턴을 학습하여 기존 데이터베이스에서의 일치 여부를 요구하지 않고도 낯선 염기서열을 인식할 수 있다.

BBERT는 예루살렘 히브리 대학교, 하이파 대학교, 이스라엘 농림부 산하 연구 기관인 볼카니 연구소(Volcani Institute) 연구진에 의해 개발되었다. 연구 결과는 동료 평가 학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research)’에 게재되었다.

이번 연구는 히브리 대학교 라카 물리 연구소(Racah Institute of Physics)의 아미르 에레즈(Amir Erez) 박사와 식물환경과학과의 옴리 M. 핀켈(Omri M. Finkel) 박사가 이끌었다.

미생물 암흑 물질 탐색

테스트에서 BBERT는 약 90%의 정확도로 박테리아 DNA와 비박테리아 DNA를 구별해 평가된 다른 딥러닝 도구들을 능가했다. 단백질 생성 지침을 담고 있는 단편을 약 88%의 정확도로 식별했으며, 해당 지침이 어떻게 읽혀야 하는지를 약 96%의 정확도로 판별했다.

연구진은 공개적으로 이용 가능한 1,969개의 토양 DNA 데이터 세트에 이 도구를 시험했다. BBERT는 널리 사용되는 비교 도구가 분류하지 못했던 단편 중 상당 비율을 식별해 냈다.

이 분석은 또한 미생물 암흑 물질에 대한 새로운 통찰을 제공했다. 분류되지 않은 단편들은 연구진이 해석할 수 있었던 단편들에 비해 비박테리아 DNA를 포함할 가능성이 더 높았는데, 이는 설명되지 않은 물질이 낯선 박테리아뿐만 아니라 여러 출처에서 비롯되었음을 시사한다.

BBERT는 과학자들이 짧은 DNA 단편들을 더 긴 염기서열로 조립하여 박테리아 유전체(박테리아가 지닌 유전 지침의 전체 세트)를 재구성하는 데도 도움을 줄 수 있다. 시뮬레이션 테스트에서 이 도구를 통해 DNA를 필터링하자 데이터 세트당 평균 재구성 시간이 약 66시간에서 25시간으로 단축되었다. 그 결과 생성된 염기서열은 오류와 간극이 더 적었으며, 필터링 없이 달성한 유전체 포괄 범위의 약 96%를 유지했다.

식물이 박테리아를 서식하게 하는 구조인 야생 콩과 식물의 뿌리혹을 대상으로 한 테스트에서도 개선이 나타났다. BBERT는 재구성 시간을 절반으로 줄이고 최대 컴퓨터 메모리 사용량을 188기가바이트에서 82기가바이트로 낮추었으며, 재구성된 여러 유전체에서의 오염도 줄였다.

이 기술은 궁극적으로 농업과 환경 연구에 도움이 될 수 있다. 과학자들은 식물이 영양분을 흡수하도록 돕거나 질병으로부터 작물을 보호하거나 가뭄을 견디도록 돕는 미생물을 찾는 데 이를 활용할 수 있다. 또한 연구진이 토양 미생물 군집이 오염과 기후 변화에 어떻게 반응하는지 연구하는 데도 도움이 될 수 있다. 이러한 적용에는 추가적인 연구와 검증이 필요할 것이다.

이 도구에는 한계도 있다. 박테리아 단편을 놓칠 수 있고, 다른 유전 물질을 박테리아 DNA로 오인할 수 있으며, 또 다른 주요 미생물 그룹인 고세균(archaea)과 박테리아를 구별하는 데 어려움을 겪을 수 있다.

BBERT는 적절한 그래픽 카드가 장착된 개인용 컴퓨터에서 구동할 수 있어, 잠재적으로 소규모 연구실의 고급 DNA 분석 접근성을 높이고 연구진이 기존의 환경 DNA 컬렉션을 재검토하여 이전 방법으로는 식별할 수 없었던 정보를 찾아낼 수 있도록 해 준다.