Colossal, 도도새 유전자 편집 표적 식별을 위한 GenoMorph AI 공개

Colossal Biosciences는 2026년 10월 14일, 유전체 데이터가 제한적인 종의 유전자 편집 표적을 식별하기 위해 개발한 인공지능 플랫폼 GenoMorph를 공개하고, 이 시스템이 회사의 도도새 복원 프로그램에서 조류 부리의 크기와 형태에 연관된 후보 조절 DNA 요소 약 2,300개를 식별했다고 발표했다.

댈러스에 본사를 둔 이 회사는 조류 연구 파이프라인 전반의 여러 성과와 함께 플랫폼을 발표했다. 여기에는 다이어울프 프로젝트의 기술을 활용해 크게 개선한 도도새 유전체 조립 결과, 확장된 니코바르비둘기 군집, 새로 확보한 니코바르비둘기 원시 생식세포, 부화에 성공한 최초의 닭 배아줄기세포 키메라, 그리고 유전자 편집 도구를 조류 배아에 전달하는 지질 나노입자 시스템이 포함된다. Colossal은 이러한 역량을 종합하면 예측한 도도새 형질을 실험으로 검증된 유전자 편집으로 구현하는 데 필요한 유전체·세포·번식 기반을 마련할 수 있다고 밝혔다. 이번 발표는 회사가 2025년에 보고한 비둘기 원시 생식세포, 유전자 편집 닭 대리모, 조류 유전체 비교 연구의 진전을 토대로 한다. 기업가 Ben Lamm과 유전학자 George Church가 설립한 Colossal은 자신을 종 복원에 CRISPR 기술을 적용한 최초의 기업이라고 소개한다.

GenoMorph 플랫폼

GenoMorph는 비교 유전체학, 발생생물학, 고해상도 3D 형태 분석을 결합해 발생 과정에서 어떤 조절 요소가 활성화될 수 있는지 예측하고, 신체 형태의 차이와 가장 밀접하게 연관된 요소를 식별한다. 동물을 만드는 지침을 담고 있는 단백질 암호화 유전자와 달리, 조절 DNA는 그 지침이 언제, 어디서, 어느 정도로 활성화되는지를 제어해 새의 두개골과 부리의 크기 및 구조 같은 형질을 만들어 낸다.

Colossal의 조류 연구팀은 플랫폼을 구축하기 위해 닭, 메추라기, 오리, 비둘기에서 채취한 수백 개의 표본을 바탕으로 ‘조류 조절 아틀라스’를 만들었다. 이 자료는 배아 발달의 6단계와 발달 중인 얼굴의 3개 영역을 아우른다. 연구팀은 이 자료에 70종이 넘는 조류의 유전체와 CT 영상에서 얻은 두개골 측정값을 결합했다. 여기에는 도도새의 가장 가까운 현존 친척인 니코바르비둘기도 포함되며, 측정값은 해부학적 기준점 541개를 이용해 매핑했다.

도도새 연구 프로그램에 이 분석을 적용한 결과, 부리 크기와 관련된 후보 조절 요소 653개와 부리의 두께 및 폭과 관련된 후보 조절 요소 1,698개가 확인됐다. Colossal은 이 결과가 해당 요소들이 그런 형질의 원인임을 입증하는 것은 아니며, 대신 실험 검증을 위한 우선순위 표적을 제시한다고 밝혔다. 두개안면 발달에 영향을 주는 것으로 확인된 요소는 이후 니코바르비둘기에서 정밀 유전체 편집을 할 때 고려할 수 있다.

“종 복원은 생물학의 문제인 동시에 데이터의 문제이기도 합니다”라고 Colossal의 CEO 겸 공동 창업자인 Ben Lamm은 말했다. 그는 현존하는 도도새 유전체가 매우 적어 회사가 여러 현생 종에서 가능한 개체군 수준의 비교에 의존할 수 없다고 설명했다. 대신 GenoMorph는 조절 DNA가 현생 조류의 형질을 어떻게 형성하는지 학습한 뒤, 도도새의 독특한 해부학적 특징에 기여했을 가능성이 있는 유전적 스위치를 식별한다고 덧붙였다. Lamm은 이 플랫폼이 유전체 기록이 비슷하게 제한적인 멸종 종에도 적용할 수 있는 반복 가능한 접근법이라고 설명했다.

예측에서 실험 검증까지

후보 요소는 기능 검증 연구 단계에 들어갔으며, 두개안면 발달에 영향을 주는 것으로 확인된 요소는 니코바르비둘기 유전체의 정밀 편집을 위해 우선순위를 둘 수 있다고 회사는 밝혔다. 최고과학책임자 Beth Shapiro는 도도새의 특징적인 해부학적 구조가 고대 DNA만으로는 해석하기 어려운 조절 지침 네트워크를 통해 형성됐다고 말했다. 또한 현생 조류의 폭넓은 다양성을 AI와 결합하면 GenoMorph가 도도새의 형성에 영향을 미쳤을 가능성이 가장 큰 조절 변화를 우선적으로 추려 기능 검증 단계로 진행할 수 있다고 설명했다.

“일반적인 데이터만으로 AI를 학습시켜 정밀한 발생학적 질문에 답하게 할 수는 없습니다”라고 Colossal의 조류 종 담당 이사 Anna Keyte는 말했다. 그는 조절 활동이 종과 발달 단계, 얼굴 부위에 따라 어떻게 달라지는지 포착해야 했으며, 데이터 세트를 구축하는 데 집중적인 실험 연구만 1년 넘게 걸렸다고 설명했다.

예비 연구 결과는 Craniofacial Gordon Research Conference와 2026년 Society for Molecular Biology and Evolution 연례 학술대회에서 발표됐다. Colossal 연구진과 학계 협력자들이 작성한 학술대회 포스터에는 연구의 기반이 된 방법이 자세히 소개돼 있다. 이 방법에서는 비둘기, 닭, 메추라기, 오리 배아의 두개안면 조직을 6개 발달 단계에서 분리해 얻은 염색질 접근성 데이터로 합성곱 신경망을 훈련한 뒤, 이를 이용해 363종 조류의 서열 정렬 전반에서 접근성을 예측했다. 포스터에 따르면 수신자 조작 특성 곡선 아래 면적으로 측정한 평균 예측 정확도는 종 내에서 0.863, 종 간에는 0.848이었다. VertNet에서 가져온 363종의 부리 길이 측정값과 예측된 접근성 사이의 계통 회귀 분석에서는 검사한 열린 염색질 영역 293,686개 중 210개가 거짓 발견율 0.2 미만에서 부리 길이와 유의한 연관성을 보였으며, CACHD1 유전자가 주요 후보로 꼽혔다. 포스터는 또한 부리 길이가 긴 종에서 앞코돌기 발달 전반에 걸쳐 CACHD1 발현이 높았다고 보고했으며, 별도의 전사체 분석에서는 부리가 긴 종과 짧은 종 사이에 종별로 발현 양상이 다르게 변화하는 유전자 356개를 확인했다고 밝혔다.

더 완전해진 도도 게놈

Colossal은 도도 게놈 연구에서도 진전이 있었다고 밝혔다. 고대 DNA는 짧고 손상된 조각 형태로 남아 있는데, 기존 조립 방법은 이러한 조각을 현생종의 참조 게놈에 대응시킨다. 이 사례에서는 니코바르비둘기의 게놈을 참조했으며, 이 방식은 서열이 너무 달라 정렬할 수 없는 조각을 버릴 수 있다. 이로 인해 조립 결과에 공백이 생기고, 재구성된 게놈이 현생종 쪽으로 치우칠 수 있다.

회사의 다이어울프 프로그램을 통해 개발된 반복 조립 방법은 새롭게 매핑된 도도 DNA를 이용해 참조 게놈을 단계적으로 갱신한다. 이 과정에서 이전 단계까지 정렬되지 않았던 조각이 매 회차 공백을 메우며, 새로 복원되는 서열 수가 더 이상 늘지 않을 때까지 작업을 반복한다. Colossal은 현재 도도 게놈 염기의 95%가 최소 5배 깊이로 읽혔으며, 평균 염기서열 커버리지는 65배라고 밝혔다. Shapiro는 팀이 도도 게놈 분석의 마지막 단계에 있으며, 게놈 논문이 동료 심사를 거친 뒤 추가 내용을 공개할 예정이라고 말했다.

번식 집단 확대, 줄기세포와 배아 편집

Colossal은 기존 번식 쌍의 번식에 성공한 뒤 텍사스의 니코바르비둘기 집단을 36마리로 늘렸다. 가장 최근 번식기에 수집한 알을 이용해 니코바르비둘기 원시 생식세포를 만들었다. 이 세포는 나중에 정자와 난자로 발달한다. Colossal은 이러한 세포를 확보하는 것이 유전되는 게놈 편집을 수행하고, 도도에서 선택한 형질을 지닌 새의 후손을 만드는 데 필수적이라고 밝혔다. 회사는 또한 기존 염색체 수준의 조립 결과를 개선하기 위해 니코바르비둘기 게놈의 텔로미어 대 텔로미어 서열을 완성하는 작업을 진행하고 있다. 아울러 멸종한 도도의 근연종인 로드리게스솔리테어에서 새로 확보한 서열 데이터를 개선된 참조 게놈에 다시 매핑해 커버리지와 완성도를 높일 계획이다.

회사 과학자들은 조류 배아줄기세포를 기반으로 한 새로운 플랫폼을 이용해 만든 키메라 닭을 처음으로 부화시켰다. Colossal은 이 결과가 배양 세포가 발달 잠재력을 유지해 숙주 배아에 통합되고 그 조직 형성에 기여할 수 있음을 확인해 준다고 밝혔다. 연구진은 배양 시스템을 비둘기로 확장하고 있다. 원시 생식세포를 편집하기 전에 편집된 줄기세포를 키메라 비둘기에 적용해 예상되는 표현형 효과를 시험하고, 이를 통해 표현형 선별 플랫폼을 구축하기 위해서다.

마지막으로 Colossal은 발달 중인 조류 배아에 DNA, RNA, CRISPR 유전자 편집 도구를 전달하는 지질 나노입자 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 이 플랫폼은 기존 전달 방법보다 배아 생존율도 높인다. 회사의 실험에서는 뼈 발달 조절 유전자 Runx2를 편집하자 두개안면 표현형에 뚜렷한 변화가 나타났으며, 이 시스템은 바위비둘기와 오리 배아에 사용됐다. Colossal은 과학자들이 이 플랫폼을 이용해 GenoMorph가 찾아낸 조절 요소를 거의 실시간으로 검증하고 있으며, 가장 유망한 후보 요소는 정밀 편집 연구를 위해 니코바르비둘기 원시 생식세포에 도입하고 있다고 밝혔다. 또한 플랫폼을 설명하는 원고를 bioRxiv 프리프린트 서버에 제출했다고 전했다.