원하는 윤곽선을 DNA 나노구조체로 바꾸는 Generative SNUPI

서울대학교 공과대학 기계공학부 김도년 교수와 한양대학교 바이오신약융합학부 이찬석 교수 연구팀이 생성형 AI 기술을 활용한 DNA 종이접기 구조체 자동설계 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀이 공개한 생성형 설계 모델은 Generative SNUPI다.

Generative SNUPI는 사용자가 만들고 싶은 형상의 2차원 및 3차원 윤곽선을 기준으로 DNA 염기들을 배열한다. 이어 안정적 구조 구현에 필요한 DNA 간 결합 경로를 자동 설계하고, 해당 구조체 제작에 필요한 DNA 염기서열들을 제공할 수 있다.

DNA 종이접기 기술은 염기 수천 개로 구성된 하나의 긴 DNA 가닥을 수백 개의 짧은 DNA 가닥으로 접어 나노스케일 구조체를 만드는 나노기술이다. 기존에는 규칙적인 격자 구조나 정형화된 다면체 구조를 제작하는 데 주로 활용돼 왔다. 복잡한 곡면과 비정형 형상, 형태가 바뀌는 동적인 구조에는 전문가의 수작업과 실험, 설계 수정을 반복하는 과정이 필요했다.

김도년 교수팀은 자체 개발한 DNA 종이접기 구조체 해석 플랫폼 SNUPI와 확산 기반 생성형 AI 모델을 결합했다. 이 기술은 DNA 염기의 3차원 위치를 생성하는 확산 샘플링과 DNA 가닥들을 교차 결합하는 경로 설계 알고리즘을 통합해 설계 자동화를 구현했다.

연구팀은 Generative SNUPI를 통해 다양한 비정형, 자유형 구조체 제작이 가능하다는 점을 실험으로 검증했다. 열린 상태에서 닫힌 상태로 모양이 변하는 가변 구조체와 조립이 가능한 모듈형 구조체도 제작할 수 있다는 사실을 실험에서 입증했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 논문명과 저널은 De novo design of DNA origami with a generative diffusion model, Nature Communications이며, DOI는 https://doi.org/10.1038/s41467-026-73578-z다.

김도년 교수는 「이번 연구는 생성형 AI를 활용해 복잡한 DNA 나노구조체의 설계 가능성을 넓히고, 전문가의 경험과 수작업에 의존했던 기존 설계 방식의 난이도를 완화했다는 점에서 의미가 크다」며 「향후 생성된 구조체의 안정성과 정밀성을 더욱 높이는 동시에 바이오센서, 약물 전달, 분자로봇 등 실제 나노바이오 기술에 응용 가능한 기능성 설계 플랫폼으로 발전시켜 나갈 예정」이라고 밝혔다.

트렁콕치엔 박사는 AI 기반 DNA 종이접기 구조체의 생성형 설계 기술을 고도화하는 후속 연구로 DNA 구조체의 연결성 정보를 반영해 설계 정확도를 높이는 연구를 진행하고 있다. 현재 하노이과학기술대학교(University of Science and Technology of Hanoi) 메카트로닉스공학부 강사로 재직 중이다. 전경화 연구원은 DNA 하이드로젤을 기반으로 DNA 나노구조체를 생산하는 시스템을 연구하고 있으며, 2026년 후기 박사학위 취득을 앞두고 있다. 이후 예일대학교(Yale University) 의공학과에서 박사후연구원으로 DNA 나노기술의 응용성을 확장하는 연구를 이어나갈 계획이다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견/신진연구자 지원사업, 율촌재단 AI 학술연구과제, 국가슈퍼컴퓨팅센터 RnD 혁신지원 프로그램 등의 지원을 받아 수행됐다.