MIT와 화이트헤드 연구소 연구진은 생물학 조교수 풀린 리(Pulin Li)와 대학원생 니컬러스 허친스(Nicholas Hutchins)의 주도로 IRIS라는 기계학습 모델을 개발했습니다. 이 모델은 세포가 발달 과정에서 받은 화학 신호를 식별합니다. 연구진은 각 신호 경로가 독특한 유전자 활성 패턴, 즉 지문을 남기며 그 패턴이 서로 다른 세포 유형에서도 일관된다는 사실을 확인했습니다. 이에 따라 세포 유형마다 모든 경로를 따로 분석하지 않고도 이 지문으로 세포 간 신호 이력을 재구성할 수 있습니다.

IRIS는 세포의 전체 유전자 활성에서 이런 패턴을 찾아 특정 발달 단계에 어떤 신호 경로가 작동했는지 추정합니다. 연구팀은 여러 발달 단계에서 6개 주요 신호 경로를 수십 가지 조합으로 처리한 인간 배아줄기세포 수천 개의 실험 측정값으로 모델을 훈련했습니다. 이 데이터는 신호 조합이 세포 행동에 미치는 영향을 정리한 지도를 만들었습니다. 연구진은 세포가 빠르게 여러 유형으로 발달하는 낭배 형성 시기의 생쥐 배아에서 얻은 개별 세포로 IRIS를 시험했습니다. 모델은 심장·장·근육·척수 조직이 될 세포에서 신호 경로가 언제, 어디서 활성화됐는지 예측했으며, 훈련 과정에서 접하지 않은 세포 유형도 예측 대상에 포함됐습니다.

연구팀은 폐 발달에 중요한 세포 유형을 만드는 데 관여하는 신호도 IRIS로 찾았습니다. 모델은 특정 경로를 활성화하면 폐에 특화된 세포 발달을 촉진할 것이라고 예측했고, 생쥐 배아 실험에서 예측이 확인됐습니다. 연구진은 정확한 신호 조합을 찾으면 실험실에서 배양하는 폐 조직 모형을 더 안정적으로 만들 수 있다고 말했습니다. 이런 모형은 천식·폐암·폐섬유증 연구와 잠재적 치료법 시험에 활용될 수 있으며, 손상된 조직을 위한 재생 치료에도 연구 결과가 참고가 될 수 있다고 연구팀은 밝혔습니다.

「교란 선별 실험과 전이 학습을 통한 단일 세포 신호 이력 재구성」이라는 제목의 오픈 액세스 연구는 9월 8일 네이처 메소드에 발표됐습니다. 리는 IRIS의 전이 학습을 영어 위주로 훈련한 음성 인식 시스템이 다른 언어도 인식하도록 활용되는 방식에 비유했습니다. 연구진은 모든 세포 유형에서 모든 경로를 시험하는 실험으로는 현실적으로 어려운 규모까지, 이 접근법으로 생쥐나 인간 배아 세포의 신호 이력을 지도화할 수 있다고 말했습니다.

MIT와 화이트헤드 연구소 연구진은 생물학 조교수 풀린 리(Pulin Li)와 대학원생 니컬러스 허친스(Nicholas Hutchins)의 주도로 IRIS라는 기계학습 모델을 개발했습니다. 이 모델은 세포가 발달 과정에서 받은 화학 신호를 식별합니다. 연구진은 각 신호 경로가 독특한 유전자 활성 패턴, 즉 지문을 남기며 그 패턴이 서로 다른 세포 유형에서도 일관된다는 사실을 확인했습니다. 이에 따라 세포 유형마다 모든 경로를 따로 분석하지 않고도 이 지문으로 세포 간 신호 이력을 재구성할 수 있습니다.

IRIS는 세포의 전체 유전자 활성에서 이런 패턴을 찾아 특정 발달 단계에 어떤 신호 경로가 작동했는지 추정합니다. 연구팀은 여러 발달 단계에서 6개 주요 신호 경로를 수십 가지 조합으로 처리한 인간 배아줄기세포 수천 개의 실험 측정값으로 모델을 훈련했습니다. 이 데이터는 신호 조합이 세포 행동에 미치는 영향을 정리한 지도를 만들었습니다. 연구진은 세포가 빠르게 여러 유형으로 발달하는 낭배 형성 시기의 생쥐 배아에서 얻은 개별 세포로 IRIS를 시험했습니다. 모델은 심장·장·근육·척수 조직이 될 세포에서 신호 경로가 언제, 어디서 활성화됐는지 예측했으며, 훈련 과정에서 접하지 않은 세포 유형도 예측 대상에 포함됐습니다.

연구팀은 폐 발달에 중요한 세포 유형을 만드는 데 관여하는 신호도 IRIS로 찾았습니다. 모델은 특정 경로를 활성화하면 폐에 특화된 세포 발달을 촉진할 것이라고 예측했고, 생쥐 배아 실험에서 예측이 확인됐습니다. 연구진은 정확한 신호 조합을 찾으면 실험실에서 배양하는 폐 조직 모형을 더 안정적으로 만들 수 있다고 말했습니다. 이런 모형은 천식·폐암·폐섬유증 연구와 잠재적 치료법 시험에 활용될 수 있으며, 손상된 조직을 위한 재생 치료에도 연구 결과가 참고가 될 수 있다고 연구팀은 밝혔습니다.

「교란 선별 실험과 전이 학습을 통한 단일 세포 신호 이력 재구성」이라는 제목의 오픈 액세스 연구는 9월 8일 네이처 메소드에 발표됐습니다. 리는 IRIS의 전이 학습을 영어 위주로 훈련한 음성 인식 시스템이 다른 언어도 인식하도록 활용되는 방식에 비유했습니다. 연구진은 모든 세포 유형에서 모든 경로를 시험하는 실험으로는 현실적으로 어려운 규모까지, 이 접근법으로 생쥐나 인간 배아 세포의 신호 이력을 지도화할 수 있다고 말했습니다.