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인공지능, 장내 미생물 패턴 검출해 콜레라 예방한다
등록일 : 2018-05-16 13:49 | 최종 승인 : 2018-05-16 13:49
강민경
▲콜레라균(출처=셔터스톡)

[리서치페이퍼=강민경 기자] 듀크대학, 메사추세츠 종합병원 및 방글라데시에 있는 국제 감염질환 연구소의 연구진이 머신러닝 알고리즘을 활용해 전세계 10억 명 당 누가 콜레라균에 감염됐는지 알아보는 연구를 실시했다.

전염병 저널에 게재될 이 연구는 장내 미생물이 콜레라 및 기타 전염병 예방 백신 개발에 중요한 역할을 할 수 있다는 사실을 보여준다.

연구 방법

연구진은 방글라데시 다카에 거주하는 주민들 중 콜레라에 감염된 사람과 가족들의 샘플을 채취했다. 콜레라에 감염된 사람과 한 집에 사는 사람들은 콜레라에 감염될 위험이 매우 높기 때문이다. 76명의 피험자 중 3분의 1 정도가 연구 도중 설사 증세를 보였지만 나머지는 콜레라에 감염되지 않았다.

연구진은 이들로부터 수집한 샘플에 유전자 시퀀싱 기술을 사용해 인간의 내장에서 발생하는 박테리아의 집합체인 미생물을 프로파일링했다. 유전자 시퀀싱 결과는 컴퓨터에 로드됐으며 컴퓨터는 콜레라에 걸린 사람과 그렇지 않은 사람의 차별화된 세균 패턴을 탐지하도록 훈련됐다. 컴퓨터는 4,000가지 박테리아 분류군 중에서 콜레라를 일으키는 100가지 미생물군을 추려냈다.

연구의 공동 저자인 피라스 미다니는 전통적인 연구 방법은 한 번에 하나의 박테리아 균주를 연구해 감염병과의 연관성을 밝혀내는 것이라고 말했다. 그러나 컴퓨터는 이런 작업을 훨씬 빠르게 수행하기 때문에 한 번에 100종의 박테리아를 관찰할 수 있다.

인공 지능의 중요성

이 연구는 인공 지능(AI)이 개발한 모델이 감염 질환 전문가가 만든 모델보다 질병을 예측할 때 더 효과적이라는 사실을 보여줬다. 또 실험 모델은 컴퓨터에 의해 확인된 박테리아 패턴이 콜레라와 어떻에 연관돼 있는지 보여줬다. 예를 들어 어떤 박테리아 균주는 실험관 내 환경에서 콜레라의 성장을 촉진한다. 장내 미생물군이 어떻게 구성되느냐에 따라 병원균에 적대적인 환경, 혹은 병원균이 번식하기 좋은 환경이 만들어진다.

▲노트북으로 연구 중인 과학자(출처=셔터스톡)

연구의 공동 저자인 레지나 라로크 박사는 콜레라균을 위험 요소가 될만큼 발전시키는 예측 미생물이 있다고 말했다. 이미 오랜 시간 동안 장내 미생물이 콜레라를 성장시키는 데 중요한 역할을 한다는 의견이 제시돼 왔지만 이번 연구 결과는 그 증거를 처음으로 밝혀낸 것이다.

연구 참여자인 로렌스 데이비드는 박테리아 패턴이 숙련된 과학자들의 눈을 피할 수 있다고 밝혔다. 하지만 AI는 인간의 눈이 보지 못하는 내용까지 파악할 수 있으며, 이것은 AI의 긍정적인 면이다.

원인

콜레라는 몸에 콜레라균이 존재하기 때문에 발생하는 전염성 질병이다. 이 질병은 위생적이지 못한 지역, 깨끗한 식수가 제공되지 않는 지역에서 급속하게 퍼지며 전세계적으로 매년 10만 명의 사망자를 초래한다. 또 완전히 조리되지 않은 해산물, 특히 굴, 게, 강에서 잡힌 물고기, 깨끗하게 씻기지 않은 야채 등의 섭취로 인해 콜레라가 발생할 수 있다.

똑같이 콜레라균에 노출됐을 때 어떤 사람은 질병에 걸리고 어떤 사람은 걸리지 않는다는 사실은 여전히 과학자들에게 많은 과제를 남겨준다. 나이, 혈액형, 이전 감염 여부 등이 영향을 미치는 것으로 알려졌지만 정확한 결론은 아직 나오지 않았다.

진단

설사, 탈수 및 구토와 같은 증상이 나타나면 콜레라를 의심해야 한다. 특히 최근 위생이 좋지 않은 지역에 갔거나 오염된 조개를 먹지는 않았는지 생각해 본다.

치료

콜레라로 고통받는 사람은 경구수분보충용액(ORS)을 제공받아야 한다. 이것은 소금과 설탕이 섞인 물로, 수분 보충에 필수적이다. 상업적으로 판매되고 있는 ORS 제품이 있지만 개발도상국에서는 그 비용을 충당하기 힘든 실정이다.

급성 콜레라 환자는 체중 10kg 당 1L의 수액을 보충받아야 한다. 항생제를 처방받는 것도 중요하다. 하지만 세계보건기구(WHO)는 지나치게 많은 양의 항생제 처방을 전면 금지하고 있다. 설사를 멈추는 지사제를 사용해서는 안 된다. 유해한 콜레라균이 몸 밖으로 배출될 수 없기 때문이다.

[researchpaper 리서치페이퍼=강민경 기자]

[리서치페이퍼=강민경 기자]
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