[해외DS] 알파폴드 개발진, 상금 300만 달러 주는 브레이크스루 상 생명 과학 부문 수상자 됐다

딥마인드 CEO 데미스 하사비스·선임 연구원 존 점퍼 공동 수상자로 선정돼 하사비스, 다양성 증진 위한 교육 프로그램과 네팔 시골 학교 지원 프로젝트에 상금 일부 기부할 계획 이스라엘 억만장자 유리 밀너가 제정한 브레이크스루 상, 생명과학·물리학·수학 업적 대상으로 해

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[해외DS]는 해외 유수의 데이터 사이언스 전문지들에서 전하는 업계 전문가들의 의견을 담았습니다. 저희 데이터 사이언스 경영 연구소(MDSA R&D)에서 영어 원문 공개 조건으로 콘텐츠 제휴가 진행 중입니다.

사진=Christoph Burgstedt/Science Photo Library/Getty Images

인공 지능(AI) 시스템 알파폴드(AlphaFold) 개발진이 과학 분야에서 가장 수익성이 좋은 연구에 수여하는 브레이크스루 상(Breakthrough Prize)을 받았습니다. 상금이 무려 미화 300만 달러입니다. 영국 런던에 본사를 둔 딥마인드(DeepMind)의 CEO이자 공동 창립자인 데미스 하사비스(Demis Hassabis)와 선임 연구원 존 점퍼(John Jumper)는 지구상에 알려진 거의 모든 단백질의 3D 구조를 예측하는 도구를 만든 공로를 인정받았습니다.

뉴욕시 컬럼비아대 소속 컴퓨터 생물학자 모하메드 알쿠라이시(Mohammed AlQuraishi)는 “필드를 그렇게 극적으로, 그렇게 빨리 바꾸는 발견은 거의 없었다”며 “알파폴드가 계산과 실험 모두에서 구조 생물학의 관행을 실제로 바꿔놓았다”라고 평가했습니다.

브레이크스루 상은 생명과학, 물리학 그리고 수학 분야의 업적을 대상으로 합니다. 9월 22일에 발표된 올해의 수상자 명단에는 알파폴드 연구진을 비롯해 총 5팀이 이름을 올렸습니다.

AI, 상 받다

알파폴드는 딥마인드의 성공작 중 하나인 알파고(AlphaGo)에서 출발했습니다. 알파고는 지난 2016년 서울에서 세계적인 프로 바둑 기사 이세돌을 꺾은 AI로 유명합니다. 하사비스는 “알파고가 게임 AI의 정점에 올랐지만 거기에서 멈추지 않았다”며 “우리는 알파고가 과학적 발전의 가속화를 돕는 AI를 구축하고 싶었다”고 밝혔습니다. 연구진은 서울 일정이 끝난 바로 다음 날에 단백질 폴딩으로 관심을 돌렸습니다.

알파폴드는 지난 2020년 11월 2년마다 열리는 CASP(구조 예측에 대한 비판적인 평가, 단백질 구조를 컴퓨터 계산만으로 예측하는 대회) 콘테스트에서 우승하고 큰 파장을 일으켰습니다. 약 100개의 다른 소프트웨어 프로그램을 제친 결과였죠. 이전 버전의 알파폴드 역시 2018년 CASP에서 우승했으나 설득력이 부족한 측면이 있어서 연구진은 프로젝트를 처음부터 다시 시작했습니다. 점퍼는 “머신 러닝에서는 이미 알려진 기반 과학이 부여하는 제약인 아키텍처와 데이터 간의 올바른 균형을 찾는 것이 중요하다”고 전했습니다.

2017년 7월 딥마인드가 오픈 소스 버전 알파폴드를 출시한 이래로 50만명 이상의 연구원이 해당 머신 러닝 시스템을 활용해 수천 건의 논문을 발표했습니다. 그리고 올해 7월 딥마인드는 아미노산 서열로 예측한 단백질 구조 2억개를 발표했습니다. 이렇게 쌓인 데이터는 항생제 내성에서 작물의 회복탄력성(작물이 스트레스 상황을 버티고 신속히 회복할 수 있는 역량)에 이르기까지 다양한 문제를 해결하는 데 쓰였습니다.

유니버시티 칼리지 런던 소속 전산생물학자 크리스틴 오렌고(Christine Orengo)는 “알파폴드는 단지 알고리즘을 개발해서가 아니라, 알고리즘을 사용할 수 있게 했고 알고리즘의 모든 구조를 공개했기 때문에 중요한 돌파구가 된 것”이라며 “알파폴드의 성과는 글로벌 커뮤니티에서 수집한 풍부한 단백질 염기서열 데이터 덕분”이라고 덧붙였습니다.

하사비스는 자신이 브레이크스루 상 수상자로 선정됐다는 소식을 듣고 “놀랐다”고 전했고, 점퍼는 “그게 진짜란 걸 믿을 수가 없었다”고 말했습니다. 하사비스는 상금 중 일부를 다양성 증진을 위한 교육 프로그램과 네팔 시골 지역의 학교를 지원하는 프로젝트에 기부할 계획이라고 합니다.

수면의 과학 그리고 세포의 시스템

한편 생명과학 분야의 두 번째 브레이크스루 상은 일본 쓰쿠바대의 수면 과학자 마사이 야나기사와(Masashi Yanagisawa)와 팔로알토 스탠포드대 소속 임마누엘 미뇨(Emmanuel Mignot) 교수에게 공동으로 수여됐습니다. 이들은 기면증이 뇌의 화학물질인 오렉신의 결핍 때문에 발생한다는 사실을 각각 독립적인 연구를 통해 밝혀냈습니다.

덴마크 코펜하겐대 신경 생리학자인 비르기트 라벡 코르눔(Birgitte Rahbek Kornum)은 “두 연구자 모두가 기면증을 확실하게 진단할 수 있게 한 현장의 거인”이라며 “이번 연구를 통해 환자는 정신을 차리고 깨어 있으라는 말을 듣는 게 아니라, 무엇이 잘못됐는지 정확히 알 수 있게 됐다”고 덧붙였습니다. 아울러 이번 연구 결과는 기면증 치료 약물 개발로 이어졌습니다. 현재는 임상 실험 단계에 있다고 알려졌습니다.

야나기사와는 상금을 깊이 영광스럽게 생각하며 연구 기금 마련을 위해 쓰겠다고 밝혔습니다. 그는 “일본에서 연구하는 젊은 과학자들은 안정적인 지원을 받지 못하고 있다”며 “자신의 발견은 자유롭게 연구를 할 수 있는 환경이 뒷받침 되었기 때문에 가능했다”고 말했습니다. 결과를 신경쓰지 않고 연구에 매진할 수 있는 환경이었다니, 정말 운이 좋았네요.

세 번째 수상자는 뉴저지 프린스턴대 클리포드 바랑위인(Clifford Brangwynne) 교수와 독일 드레스덴 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소의 안토니 하이만(Anthony Hyman)입니다. 이들은 세포를 구성하는 물질이 물방울 형태로 분리되어 스스로를 구성할 수 있는 매커니즘을 발견했습니다.

양자 개척자

한편 기초 물리학 분야의 수상자로는 양자 정보 분야의 창시자 4명이 선정됐습니다. 케임브리지 매사추세츠 공과대학의 피터 쇼어(Peter Shor) 교수, 영국 옥스퍼드대 데이비드 도이치(David Deutsch) 교수, 뉴욕 요크타운 IBM의 찰스 베넷(Charles Bennett) 박사 그리고 퀘백 몬트리올대 질 브라사드(Gilles Brassard) 교수입니다. 전문가들은 이들의 연구 덕분에 언젠가는 일부 작업에서 표준 기계를 능가할 수 있는 안전한 통신 방식과 컴퓨터를 개발하는 토대가 마련됐다고 평가했습니다.

쇼어 교수는 1990년대에 잠재적인 유용성을 가진 최초의 양자 알고리즘을 개발하는 업적을 세운 인물입니다. 이 알고리즘을 활용하면 언젠가는 양자 컴퓨터가 많은 수를 소인수로 빠르게 분해할 수 있게 될 것입니다. 이렇게 된다면 큰 소수에 기반하는, 오늘날 인터넷 트래픽의 대부분을 보호하는 데 쓰이는 암호화 코드를 크래킹할 가능성이 올라갑니다. 옥스퍼드대 소속 양자물리학자 니키타 고리아노프(Nikita Gourianov)는 “이 엄청난 결과는 양자 컴퓨터가 단순한 학문적 호기심 그 이상임을 증명했다”라는 평가를 내놓았습니다.

수학 분야 수상자는 미국 코네티컷주 뉴헤이븐에 있는 예일대 소속 수학자 다니엘 스필먼(Daniel Spielman) 교수입니다. 스필먼 교수는 고화질 텔레비전 방송에서 노이즈를 걸러내는 오류 수정 코드 개발 등 다양한 업적을 세웠습니다.

브레이크스루 상은 2012년 러시아 태생의 이스라엘 억만장자 유리 밀너(Yuri Milner)가 처음 만들었습니다. 현재는 밀너뿐 아니라 메타(Meta, 구 Facebook)의 CEO 마크 주커버그(Mark Zuckerberg) 등 다른 인터넷 기업가들도 브레이크스루 상을 후원하고 있습니다.


The researchers behind the AlphaFold artificial-intelligence (AI) system have won one of this year’s US$3-million Breakthrough prizes—the most lucrative awards in science. Demis Hassabis and John Jumper, both at DeepMind in London, were recognized for creating the tool that has predicted the 3D structures of almost every known protein on the planet.

“Few discoveries so dramatically alter a field, so rapidly,” says Mohammed AlQuraishi, a computational biologist at Columbia University in New York City. “It’s really changed the practice of structural biology, both computational and experimental.”

The award was one of five Breakthrough prizes—awarded for achievements in life sciences, physics and mathematics—announced on 22 September.

AWARD-WINNING AI

AlphaFold was seeded from the success of DeepMind’s AlphaGo. This was the AI that in 2016 beat Lee Sedol, a master of the strategy game Go, in Seoul. “That was the pinnacle of gaming AI, but that was never supposed to be an end in itself,” says Hassabis. “I wanted to build AI to accelerate scientific discovery.” The day after returning from Seoul, the team turned its attention to protein folding.

The system created a stir in November 2020 by winning the biennial CASP contest (Critical Assessment of Structure Prediction), beating around 100 other software programs. An earlier version of AlphaFold had won in 2018, but not convincingly, forcing the team back to the drawing board. “With machine learning, it’s about finding the right balance between the architecture—the constraints imposed by the known underlying science—and the data,” says Jumper.

Since DeepMind released an open-source version of AlphaFold in July 2021, more than half a million researchers have used the machine-learning system, generating thousands of papers. In July this year, DeepMind released 200 million protein structures predicted from amino-acid sequences. So far, the data have been harnessed to tackle problems ranging from antibiotic resistance to crop resilience.

“This is a major breakthrough, not just because they developed the algorithm, but because they made it available and provided all those structures,” says Christine Orengo, a computational biologist at University College London. She adds that the achievement was made possible by a wealth of protein sequence data gathered by the global community.

Hassabis says that he was “stunned” to learn he had won a Breakthrough prize, and Jumper says he “could not believe it was for real”. Hassabis plans to donate some of his winnings to educational programmes aimed at increasing diversity, and also to initiatives supporting schools in rural Nepal.

SLEEP SCIENCE AND CELLULAR SYSTEMS

Another life-sciences Breakthrough prize was awarded jointly to sleep scientists Masashi Yanagisawa at the University of Tsukuba, Japan, and Emmanuel Mignot at Stanford University in Palo Alto, California, for independently discovering that narcolepsy is caused by a deficiency of the brain chemical orexin.

Both researchers are “giants of the field” who enabled the condition to be definitively diagnosed, says Birgitte Rahbek Kornum, a neurophysiologist at the University of Copenhagen. “Narcolepsy severely affects quality of life, and this allowed patients to know exactly what’s wrong, instead of being told to ‘get a grip and stay awake’,” she says. The findings have also led to the development of drug treatments that are currently in clinical trials.

Yanagisawa says he is “deeply honoured” by the prize and plans to use the money to set up an endowment to fund research. “Stable support for young scientists to do exploratory work in Japan is problematic,” he says, noting that his own discovery was possible only because he was free to “go on a ‘fishing expedition’ with no guarantee of success”.

A third life-sciences prize is shared by Clifford Brangwynne at Princeton University in New Jersey and Anthony Hyman at the Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics in Dresden, Germany, for discovering a mechanism by which cell contents can organize themselves by segregating into droplets.

QUANTUM PIONEERS

This year’s Breakthrough Prize in Fundamental Physics is shared between four founders of the field of quantum information: Peter Shor at the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge; David Deutsch at the University of Oxford, UK; Charles Bennett at IBM in Yorktown, New York; and Gilles Brassard at the University of Montreal in Quebec. Their research laid the groundwork for the development of ultra-secure communications and computers that might one day outperform standard machines at some tasks.

“I was really surprised to learn I have been awarded the prize,” says Shor. “There is so much that others have done.” In the 1990s, Shor developed the first potentially useful quantum algorithm, which could one day enable quantum computers to speedily break large numbers down into their prime factors. This raises the possibility of cracking encryption codes used to secure much of today’s Internet traffic, which are based on large prime numbers. “This massive result proved that quantum computers were more than just another academic curiosity,” says Nikita Gourianov, a quantum physicist at the University of Oxford.

The Breakthrough Prize in Mathematics goes to Daniel Spielman, a mathematician at Yale University in New Haven, Connecticut. Spielman was recognized for multiple advances, including the development of error-correcting codes to filter out noise in high-definition television broadcasts.

The Breakthrough prizes were founded in 2012 by Yuri Milner, a Russian-Israeli billionaire. They are now sponsored by Milner and other Internet entrepreneurs, including Mark Zuckerberg, the chief executive of Meta (formerly Facebook).

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