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의료·생명공학 뛰어든 실리콘밸리
[Special Report] 컴퓨터과학과 의학의 융합 ①
[99호] 2018년 07월 01일 (일) 토마스 슐츠 economyinsight@hani.co.kr

구글·페이스북·아마존 등 대기업부터 의료 관련 첨단 스타트업 기업까지… ‘디지털 의학’ 주목

예로부터 인류의 가장 큰 관심사는 ‘건강한 삶을 오랫동안 누리는’ 것이다. 지금까지는 오프라인에서 의사가 그런 도움을 주었다. 이젠 디지털에서 수명 연장의 꿈에 도전하고 있다. 생명공학·의료 분야가 첨단과학 기술과 만나 질병과 의학 정보를 수집한 뒤 이를 토대로 진단해 획기적인 치료법을 개발하는 단계까지 이르렀다. 디지털 의학이 주목받으면서 구글·애플·페이스북 등 정보기술(IT) 기업을 포함한 실리콘밸리도 뛰어들었다. 이 과정에서 환자 정보의 소유권이 과연 누구에게 있는지의 논란이 필연적으로 불거질 것이다. 첨단기술과 만난 의학은 어떤 변화를 가져올까, 그 실태와 미래를 진단했다. _편집자
 
토마스 슐츠 Thomas Schulz <슈피겔> 기자
 
   
▲ 미국 캘리포니아주에 위치한 스탠퍼드대학은 실리콘밸리 권력의 진정한 핵심이라 할 수 있는 생명공학·의료 분야의 벤처 투자자들과 밀접하게 연계돼 있다. REUTERS
여러 겹의 보안장치 너머 창문이 없는 한 작업실에서 엔지니어들이 미래의 외과의사를 만들고 있다. 바로 인공지능(AI) 시스템을 탑재하고, 가상현실(VR) 기술과 접목한 ‘모든 수술실을 위한 토털 솔루션’이라고 광고하는 기계다. 그 옆에서는 연구원들이 신경관의 전기신호를 조작해 질병을 치료하는 생체이식형 미니컴퓨터를 연구하고 있다. 새로운 ‘생체전기의학’(Bioelectric Medicine)으로 내딛는 첫걸음이다.
 
한두 개 문을 더 지나면 1천여 명의 과학자들이 암과 우울증 치료를 위한 바이오센서, 의료용 로봇 및 의약품을 개발하고 있다. 이들은 생물학, 의학, 화학, 재료과학, 컴퓨터과학, 기계공학 등 다양한 분야의 전문가로 구글을 위해 일한다.
 
5년 전 IT 대기업인 구글이 의학을 정복하겠다고 처음 발표했을 때, 제약회사 경영자들은 비웃었다. 시작은 화려하지 않았다. 구글 본사 변두리에 있는 방갈로에 20여 명의 직원을 배치했는데, 현재 그들은 샌프란시스코 베이브리지 옆 강철과 녹색 유리로 만들어진 5층짜리 건물에서 일한다. 본사에서 북쪽으로 약 40km 떨어진 이 독립형 연구 캠퍼스는 설비가 잘 갖춰진 대학병원과 비슷한 규모로, 시선 차단 유리 뒤에 수많은 연구실이 자리잡고 있다.
 
구글의 모회사 ‘알파벳’의 한 부서였던 생명공학 및 의료 분야는 이제 독립적인 회사 ‘베릴리’(Verily)가 됐다. 유명 의학자를 비롯해 전 미국 식품의약청(FDA) 국장도 구글의 야심찬 계획에 매료돼 베릴리로 이직했다. 베릴리 최고의학책임자 제시카 메가 박사는 “우리 사명은 세계 보건 데이터를 이용해 인류가 더욱 건강한 삶을 누리게 하는 것”이라고 했다. 그는 미국 최고의 심장전문의 중 한 사람으로 하버드 의대 교수직을 역임했다.
 
‘디지털 건강 세계를 위한 인프라 구조’ 구축을 위해 새 의료 플랫폼을 만들겠다는 베릴리의 계획을 설명하는 그의 얼굴에서 미소가 끊이지 않았다. 구글은 초기 자금으로만 10억달러 이상을 투자했다. 지금은 구글 외에 애플, 페이스북과 같은 거대기업부터 수백 개의 신생기업까지 실리콘밸리 전체가 의료 분야로 몰려들고 있다. 벤처캐피털 회사도 생명공학과 의료 분야에 수십억달러를 투자하고 있다.
 
   
▲ ‘건강 수명’을 연장하려는 실리콘밸리 기업들의 도전은 계속되고 있다. REUTERS
의사를 넘어서는 ‘닥터 알고리즘’
지난 수십 년 동안 디지털 혁명으로 각종 산업 분야가 차례로 정복되고 바뀌면서 우리 삶의 근본적인 방식이 변화하고 있다고 실리콘밸리 전략가들은 확신한다. 점점 강력해지는 디지털 기기로 혁명을 일으키기 가장 적합한 분야는 생물학이다. 인류 미래를 바꾸고, 새로운 사업을 개척할 가장 큰 기회를 제공하는 분야가 바로 의학인 것이다.
 
미래 의학의 열쇠는 의료기기, 게놈, 센서, 장내 미생물군부터 단백질 구성에 이르기까지 가능한 모든 종류의 바이오마커(bio-marker·단백질이나 DNA, RNA, 대사물질 등으로 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표)에 대한 수많은 테스트를 거쳐 수집한 데이터다. 영리한 소프트웨어는 이 데이터의 분석과 처리를 통해 학습하고, 거대한 양의 정보 속에서 스스로 패턴을 인식한다. 그리고 의사의 힘이 미치지 못하는 곳에서 닥터 알고리즘이 답을 제시한다.
 
많은 실리콘밸리 전문가는 새로운 디지털 도구의 잠재력이 최대 발휘될 수 있는 분야가 치료보다 진단이라고 한다. 그래서 베릴리는 현재 ‘인간건강지도’를 만들기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 베릴리는 학계와 함께 4년 이상 1만 명을 대상으로 유전적·분자적·심리적 데이터를 수집했다. 이 조사에서 참가자들은 하루 동안 데이터를 제공하는 센서와 측정 장치를 착용했다. ‘건강한 인간이란 무엇인가?’를 정확하게 정의하고, 그 수치로 새 디지털 측정기를 보정한 것이다. 그렇게 되면 다양한 질병의 디지털 조기 경보 시스템을 만들 수 있다.
 
오늘날 대부분의 암은 치료가 가능하다. 그중 많은 암이 조기에 발견되면 완치된다. 3기나 4기 환자가 뒤늦게 병원을 찾아오는 경우에만 사망률이 급격히 올라간다. 만약 간단한 혈액검사로 초기에 암을 발견할 수 있다면 어떻게 될까?
 
여러 실리콘밸리 기업이 이 분야에 뛰어들었다. 그 선두 업체가 ‘그레일’(Grail)이다. 그레일의 연구팀은 주기적인 ‘액체생검’(liquid biopsies)으로 암의 병증을 검사해 인간의 수명 늘리기를 시도하고 있다. 이 아이디어는 디지털 기술의 힘에 기댄 거대한 도박이다. 연구팀은 엄청나게 빠른 DNA 시퀀싱 머신, 인공지능 소프트웨어, 새로운 분석법으로 미세한 암의 증상을 판별할 수 있는 유전물질 검출을 기대하고 있다.
 
   
▲ 미국 캘리포니아 마운틴뷰에 위치한 알파벳 캠퍼스. 구글의 모회사 알파벳의 한 부서였던 생명공학·의료 분야가 ‘베릴리’(Verily)로 독립해 성장했다. REUTERS
그레일은 생명공학 회사이자 소프트웨어 기업이다. 엔지니어들은 환자의 혈액 샘플에서 약 1천 기가바이트(GB)의 데이터를 수집한 뒤 인공지능 알고리즘으로 패턴을 찾아 질병의 원인을 추적한다. 구글 최고경영진 출신으로 그레일을 설립한 제프 휴버는 “초기 혈액검사가 표준이 된다면 그레일이 조만간 ‘세계 최대의 빅데이터 회사’가 될 것”이라고 전망했다.
 
환자가 스스로 건강하다고 느껴도, 혈액에서 암을 발견할 수 있다는 사실은 이미 오래전부터 알려졌다. 그러나 이를 바탕으로 암의 일반적인 지표를 개발하는 건 유전물질을 빠르고 저렴하게 분석하는 신기술이 탄생한 후에야 가능하다. 그레일 연구원들은 첫 대형 프로젝트에서 이 기술을 시험하려 한다. 여성 12만 명의 혈액 샘플을 채취해 유방암 초기 DNA 신호를 검출하는 프로젝트다. 통계적으로 이 그룹에서 650명의 여성이 1년 이내에 유방암에 걸릴 것이다. 그레일은 수집된 샘플을 분석해 DNA 검사가 암을 정확하게 예측했는지 확인할 것이다.
 
암 전문가들은 10년 이내에 상업적인 암 혈액검사를 제공하겠다는 그레일의 야심찬 계획에 의문을 제기하기도 한다. 완벽해야 하기 때문이다. 수백만 명의 사람이 매년 검사를 받으면 몇가지 잘못된 진단만으로도 공황 상태가 발생하고, 병원이 과부하될 수 있다. 그럼에도 그레일은 이미 자본금을 10억달러 이상 모아 세계에서 가장 큰 생명공학 스타트업이 됐다. 그레일의 투자자 그룹에는 구글 아마존 설립자 제프 베조스, 빌 게이츠도 있다.
 
잘 알려진 기술혁신의 선도자 중 다수는 개인적으로 의료 연구에 참여하고 있다. 페이스북 창업자 마크 저커버그도 ‘인간세포지도’ 구축 프로젝트에 자금을 지원하고 있다. 6억달러를 투자해 설립한 연구센터의 목표는 인체의 모든 세포를 지도화해서 신약 개발을 하는 것이다. 저커버그와 그의 아내인 소아과 의사 프리실라 챈은 새로운 치료법 연구에 30억달러 이상을 투자할 계획이다.
 
‘챈 저커버그 바이오허브’(Chan Zuckerberg Biohub)의 신조는 “우리는 불가능을 믿지 않는다”이다. 샌프란시스코대학병원 바로 맞은편에 위치한 바이오허브의 목표는 페이스북처럼 거대하다. “우리 아이들의 모든 질병을 치료, 예방 또는 관리하는 것이 불가능해 보일 수 있다. 하지만 지난 세기에 인류가 이룬 업적을 생각해보라.”
 
최초로 완성된 세포지도는 중요한 도구가 될 것이다. 지금껏 의대생들은 뇌세포, 혈액세포, 면역체계의 T세포 등 300여 종류의 세포가 있다고 배웠다. 하지만 바이오허브의 공동사장이자 스탠퍼드대학 생명공학과 교수인 스티븐 퀘이크는 “실제로는 최대 1만 종류의 훨씬 많은 세포 유형이 존재할 것”이라고 말한다.
 
퀘이크의 계획처럼 치료법에 어떤 세포가 어떤 반응을 보일지 미리 알 수 있다면, 새 치료약을 훨씬 쉽게 찾을 수 있다. 그의 목표는 모든 전염병에 보편적으로 사용할 수 있는 진단 테스트 개발이다. “우리는 미래를 발명하는 데 전념하고 있다”고 퀘이크는 말했다. 만일 성공한다면 분명히 큰 수익을 올릴 것이다. 새로운 진단과 치료법은 큰 수익을 약속한다. 실리콘밸리의 선두 주자들이 좇는 것은 연구 정신뿐만 아니라 디지털의료 산업을 장악하려는 야망이기도 하다.
 
스탠퍼드대학 신임 총장이 의과대학 출신이라는 사실도 우연이 아니다. 신경과학자이자 뇌개발 분야의 세계적 권위자인 마크 테시어 라빈 박사가 2016년 스탠퍼드대학 총장으로 취임했다. 실리콘밸리의 ‘넥서스’(Nexus)라 할 수 있는 스탠퍼드대학은 연구원, 창업자, 투자자, 기업 최고경영자(CEO) 연계가 집결된 곳이다. 매년 스탠퍼드대학 학생들은 여러 스타트업을 설립한다. 휴렛패커드와 구글 창립자들도 스탠퍼드대학의 대학원생이었다.
 
   
▲ 미래 의학의 열쇠는 의료기기, 게놈, 센서 그리고 장내 미생물군부터 단백질 구성에 이르기까지 모든 종류의 바이오마커(bio-marker)를 수집한 데이터다. REUTERS
첨단기술 활용한 질병 진단과 치료
테시어 라빈 스탠퍼드대학 총장은 오랫동안 바이오테크 분야의 대기업인 ‘제넨테크’(Genentech) 연구를 이끌었다. 테시어 라빈 총장은 “인간 게놈 시퀀싱과 강력한 기술 덕분에 질병 연구의 황금기를 맞았다”며 “우리가 투자하면 종양이 퍼지는 방식을 이해하고, 신경세포가 어떻게 작용하는지를 배우며, 면역체계의 비밀을 풀 수 있다. 암을 정복하고, 치매를 극복하고, HIV 백신을 개발하기 위해 이런 지식이 필요하다”고 진단했다. 그는 “엄청난 과학적·경제적 기회가 제공되는 이 시기에 기술적 진보 달성은 사회적 과제”라며 “바이오의약 분야에서 우위를 유지하려면 필요한 자금을 확보하고 구조적인 틀을 마련해야 한다”고 강조했다.
 
스탠퍼드대학은 실리콘밸리의 진정한 권력의 핵심이라 할 수 있는 벤처 투자자와 밀접하게 연계돼 있다. 벤처캐피털 리스트들은 매년 수십억달러를 젊은 창업자에게 투자한다. 많은 벤처투자자가 스탠퍼드대학 바로 뒤에 있는, 실리콘밸리의 언덕을 따라 굽이치며 이어지는 샌드힐로드에 사무실이 있다.
 
기술 분야에서 가장 영향력 있는 투자사인 앤드리슨 호로비츠도 이곳에 있다. 이 회사 바이오테크 투자 부문을 이끄는 비제이 판데는 “지금 가장 기회가 좋은 분야는 생명공학 소프트웨어 스타트업”이라고 말한다. 구조생물학 교수인 그는 스탠퍼드대학의 생물·물리학 프로그램 최고책임자로 일하면서 의학 분야에 사용하기 위한 프로세스를 개발했다. 그는 “컴퓨터과학과 의학의 융합, 즉 ‘생물학의 세기’ 시작점에 서 있다”며 “인공지능과 기계 학습은 더 큰 것을 이루기 위해 사용하는 수단이자 생물학을 구성하는 도구”라고 말했다.
 
현재 판데가 가장 주목하는 스타트업은 ‘바이오에이지’(BioAge)다. 생화학자와 정보처리학자로 구성된 바이오에이지는 노화의 원인인 바이오마커를 찾고 있다. 특성이 밝혀지면, 신체가 오랫동안 최고의 기능을 발휘하게 하는 치료로 노화를 예방할 수 있다.
 
이와 관련해 판데는 오래전부터 잘 알려진 혈중 콜레스테롤과 심장 질환 사이의 관련성을 예로 제시했다. 심장병과 관련한 바이오마커가 콜레스테롤을 찾았고, 콜레스테롤을 낮추는 약을 복용하면 심장병을 예방할 수 있다. 바이오에이지도 인공지능으로 노화에 명확한 연관성을 갖는 바이오마커를 찾으려 한다. 바이오에이지가 바이오마커를 찾는 데 성공하면, 인간 수명에 미치는 영향이 엄청날 것이라고 판데는 믿는다. “120살이 새로운 80살이 되고, 60살이 새로운 40살이 되는 세계에 다가가게 해줄 것이다.”
 
수명 연장은 현재 실리콘밸리 기술 선도자들의 주요 관심사다. 바이오에이지는 노화를 집중 연구하는 수많은 실리콘밸리 기업 중 하나다. 이들은 신체를 구성 요소와 프로세스만 알면 통제하고 제어할 수 있는 정보처리 시스템으로 본다. 막힌 동맥, 죽어가는 뇌세포, 줄어드는 근육, 기능이 저하되는 세포핵 등 실리콘밸리는 운영체제를 끊임없이 갱신함으로써 시스템 장애를 막아내려 한다.
 
   
▲ 미래 의학의 열쇠는 의료기기, 게놈, 센서 그리고 장내 미생물군부터 단백질 구성에 이르기까지 모든 종류의 바이오마커(bio-marker)를 수집한 데이터다. REUTERS
최근엔 '유니티 바이오테크놀로지’ 같은 회사에 투자금이 몰리고 있다. 노화 방지 연구 분야의 스타트업으로 인간의 ‘건강 수명’을 연장하기 위해 노력하고 있다. 아마존 설립자 제프 베이조스, 유명 투자자 피터 틸을 비롯한 여러 투자자가 “당신의 부모를 괴롭힌 질병에 걸리지 않고 늙어갈 수 있는 미래, 노화가 고통스럽지 않은 미래”라는 창업자의 비전에 총 1억3천만달러 이상을 투자했다.
 
그럼에도 실리콘밸리 기술자들은 여전히 만족하지 못한다. 궁극적인 목표가 사람과 기계의 융합이라고 보기 때문이다. 신체가 더 오랫동안, 더 잘 작동하도록 기계를 이용해 업그레이드 되길 원한다. 일명 ‘두뇌-컴퓨터 인터페이스’가 수많은 신생 기업과 대기업들이 분주하게 움직이는 독립적인 연구 분야인 것이다.
 
가장 많은 자금 지원을 받은 업체는 실리콘밸리 남단 새너제이에 자리잡은 작은 신생 기업 ‘파라드로믹스’다. 이 업체는 인간과 컴퓨터를 고속 데이터 링크로 연결하는 동전 크기의 이식형 두뇌 모뎀을 만들려 한다. 초당 1기가바이트(GB)의 데이터를 처리하고, 최소 100만 개의 뉴런을 동시에 읽을 수 있는 일종의 ‘뇌를 위한 광대역 연결’이다. 이 프로젝트의 진정한 목표는 손상된 감각을 고치는 것으로 곧 첫 임상 시험을 실시한다. 매트 앵글 파라드로믹스 CEO는 “처음에는 허튼소리로 들리겠지만, 뇌 임플란트는 먼 미래의 일이 아니다”라고 설명했다.
 
실리콘밸리의 다른 연구자들도 유사한 견해를 가지고 있다. 디지털 의학 시대는 아직 오지 않았다. 하지만 이미 시작됐다. “새로운 도구를 환자들에게 사용하기 위해 지금 당장 생물학의 모든 메커니즘을 상세하게 이해할 필요는 없다.”
 
ⓒ Der Spiegel 2018년 22호
Doktor Algorithmus
번역 황수경 위원

 

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