엔비디아 바이오네모(NVIDIA BioNeMo), 생성형 AI로 컴퓨터 기반 신약 개발 혁신 주도

엔비디아(www.nvidia.co.kr)가 엔비디아 바이오네모(NVIDIA BioNeMo)를 통해 12개 이상의 생성형 AI 모델과 클라우드 서비스를 제공하며 컴퓨터 기반 신약 개발 생태계에 활력을 불어넣고 있다고 전했다.  

의료 업계는 컴퓨팅의 등장 이래 가장 극적인 변화를 맞이하고 있다. 생성형 AI와 디지털 생물학은 신약 개발, 수술, 의료 영상, 웨어러블 디바이스의 혁신을 지원하고 있다. 

엔비디아는 엔비디아 클라라(Clara) 헬스케어 전용 컴퓨팅 플랫폼을 구축하고, 광범위한 파트너들과 협업을 확대하며 10년 이상 헬스케어 분야에서 심도 있는 전문성을 쌓아왔다. 헬스케어 분야의 고객과 파트너는 이미 클라우드 파트너를 통해 직간접적으로 매년 10억 달러 이상의 엔비디아 GPU 컴퓨팅을 사용하고 있다. 

2,500억 달러 규모의 신약 개발 분야에서 이러한 노력은 새로운 전환점을 맞이하고 있다. R&D 팀이 이제 컴퓨터 안에서 약물을 구현할 수 있게 된 것이다. 

신약 개발 팀은 새로운 생성형 AI 도구를 활용해 분자 서열, 구조, 기능, 의미에 대한 기본 구성 요소를 관찰해 원하는 특성을 지닐 가능성이 높은 새로운 분자를 생성하거나 설계할 수 있다. 이러한 기능을 통해 연구원들은 조사할 신약 후보물질을 보다 정밀하게 선별해 비용과 시간이 많이 소요되는 물리적 실험의 필요성을 절감할 수 있다. 

엔비디아 바이오네모는 신약 개발을 위한 파운데이션 모델의 개발, 사용자 맞춤화, 배포 서비스를 제공하는 생성형 AI 플랫폼으로 이러한 변화를 가속시키고 있다. 

바이오네모는 제약, 바이오테크, 소프트웨어 회사에서 사용되며, 약물 연구개발을 위한 새로운 종류의 계산 방법을 제공한다. 이는 과학자들이 생성형 AI를 접목해 실험을 줄이고 경우에 따라 실험을 완전히 대체할 수 있도록 지원한다. 

엔비디아는 바이오네모를 통해 AI 모델 개발, 최적화, 호스팅하는 것 외에도 바이오 제약회사 리커션(Recursion)과 바이오테크 기업인 테레이 테라퓨틱스(Terray Therapeutics) 등 혁신적인 바이오테크 기업에 투자해 컴퓨터 기반 신약 개발 생태계를 강화해 왔다. 리커션은 바이오네모 사용자를 위한 파운데이션 모델 중 하나를 제공하고 있으며, 테레이 테라퓨틱스는 AI 모델 개발에 바이오네모를 사용하고 있다. 

AI로 가속화된 신약 개발에 정밀성을 더하는 바이오네모

바이오네모는 단백질 구조 예측, 단백질 서열 생성, 분자 최적화, 생성 화학, 도킹 예측 등을 위해 사전 학습된 생체 분자 AI 모델 컬렉션을 제공한다. 또한 컴퓨터 기반 신약 개발 회사는 추론과 맞춤화를 위해 쉽게 사용할 수 있는 API를 통해 광범위한 사용자가 모델을 사용할 수 있도록 지원한다. 

신약 개발 팀은 자체 데이터로 생성형 AI 모델을 개발하고 맞춤화하기 위해 바이오네모를 사용한다. 아울러 신약 개발 소프트웨어 회사, 바이오테크 기업, 대형 제약사는 바이오네모 클라우드 API를 컴퓨터 기반 신약 개발 워크플로우를 제공하는 플랫폼에 통합하고 있다. 바이오네모 클라우드 API는 이번 달 베타 버전으로 출시될 예정이다. 

클라우드 API에는 저분자 생성을 위한 3가지 유형의 파운데이션 모델이 포함된다. 몰밈(MolMIM) 생성 화학 모델과 같이 엔비디아가 개발한 모델, 오픈폴드(OpenFold) 단백질 예측 AI와 같이 글로벌 연구팀이 개척하고 엔비디아가 선별하고 최적화한 오픈소스 모델, 세포 현미경 이미지 임베딩을 위한 리커션의 페놈-베타(Phenom-Beta)와 같이 엔비디아 파트너사가 개발한 독점 모델이 여기에 해당된다. 

몰밈은 작은 분자를 생성하는 동시에 원하는 특성을 지니면서 사용자가 지정한 제약 조건을 따르는 새로운 분자를 식별하는 등 AI 생성 프로세스를 보다 세밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 연구원은 주어진 기준 분자와 유사한 구조와 특성을 가진 분자를 생성하도록 모델에 지시할 수 있다. 

제약 산업을 위한 놀라운 AI: 리커션, 바이오네모에 페놈-베타 모델 제공

리커션은 바이오네모 클라우드 API를 통해 AI 모델을 제공하는 최초의 호스팅 파트너다. 세포 현미경 이미지에서 생물학적으로 유의미한 특징을 추출하는 비전 트랜스포머 모델인 페놈-베타가 그 주인공이다. 

이 모델은 세포 기능에 대한 인사이트를 연구자에게 제공하고 세포가 신약 후보물질이나 유전공학에 어떻게 반응하는지 학습하는 데 도움을 줄 수 있다.

모델 성능을 평가하는 훈련 지표인 이미지 재구성에서 우수한 성능을 보인 페놈-베타 모델(뉴립스 워크샵(NeurIPS Wokrshop) 논문을 통해 자세한 내용을 확인할 수 있다.) 

페놈-베타는 엔비디아 DGX 슈퍼팟(DGX SuperPOD) 참조 아키텍처를 기반으로 하는 리커션의 BioHive-1 슈퍼컴퓨터를 사용해 공개적으로 사용 가능한 생물학적 이미지의 RxRx3 데이터셋을 훈련했다. 

리커션은 파운데이션 모델 개발을 더욱 강화하기 위해 500개 이상의 엔비디아 H100 텐서 코어 (H100 Tensor Core) GPU로 자사의 슈퍼컴퓨터를 확장하고 있다. 이는 계산 용량을 4배로 늘려 바이오테크 회사가 소유하고 운영하는 슈퍼컴퓨터 중 가장 강력한 성능을 자랑할 것으로 기대된다. 

엔비디아 바이오네모를 채택하는 기업들

점점 더 많은 과학자, 바이오테크, 제약 회사, AI 소프트웨어 공급업체가 생물학, 화학, 유전체학 연구를 위해 바이오네모를 사용하고 있다. 

생명공학 분야의 선두주자인 테레이 테라퓨틱스는 일반화된 다중 표적 구조 결합 모델 개발에 바이오네모 클라우드 API를 활용하고 있다. 테레이 테라퓨틱스는 저분자 설계를 위한 생성형 AI를 구동하기 위해 화학 파운데이션 모델을 훈련하는 작업에도 엔비디아 DGX 클라우드(DGX Cloud)를 사용한다. 

단백질 엔지니어링, 분자 설계 회사인 이노포어(Innophore)와 인실리코 메디슨(Insilico Medicine)은 자사의 컴퓨터 신약 개발 애플리케이션에 바이오네모를 도입했다. 이노포어는 단백질 설계와 신약 개발을 위해 자사의 카탈로포어(Catalophore) 플랫폼에 바이오네모 클라우드 API를 통합하고 있다. 또한 스타트업을 위한 엔비디아 인셉션(Inception) 프로그램의 프리미어 회원사인 인실리코 메디슨은 초기 신약 발견을 위한 생성형 AI 파이프라인에 바이오네모를 채택했다. 

생명공학 소프트웨어 회사인 원앙스트롬(OneAngstrom)과 시스템 통합업체인 딜로이트(Deloitte)는 고객을 위한 AI 솔루션을 구축하는 데 바이오네모 클라우드 API를 사용하고 있다. 

원앙스트롬은 학계, 바이오테크, 제약 업계 등에서 사용하는 분자 설계를 위한 샘슨(SAMSON) 플랫폼에 바이오네모 클라우드 API를 통합하고 있다. 딜로이트는 엔비디아 DGX 클라우드의 바이오네모를 쿼츠 아틀라스(Quartz Atlas) AI 플랫폼과 통합해 과학 연구를 혁신하고 있다. 이 통합은 바이오테크 연구자들에게 독보적인 데이터 연결성과 최첨단 생성형 AI를 제공해 새로운 신약 개발 가속화 시대를 열어줄 것으로 기대된다. 

여기에서 엔비디아 바이오네모에 대해 자세히 알아볼 수 있다. 또한 엔비디아 헬스케어 뉴스레터를 구독해 관련 소식을 받아볼 수 있다.