Microsoft Research, 다중모달 생물학 세계 모델인 Quine을 공개

Microsoft Research는 2026년 9월 29일에 Quine을 소개했으며, 이는 생물학의 다중모달 세계 모델을 중심으로 구축된 연구 노력으로, 모델을 오케스트레이션 및 추론 모델, 과학 도구, 연구 문헌, 실험실, 그리고 이를 활용하는 과학자 팀들과 연결하는 인터랙티브 하네스입니다.

이번 발표와 함께 Microsoft는 첫 번째 Quine Fellows 코호트 지원을 열었으며, MIT와 Harvard의 Broad Institute 연구원들과 협력하여 이 시스템을 사용해 종양 세포 상태에 치료적 변화를 일으킬 것으로 예측되는 화합물을 순위 매겼고, 상위 후보 몇 개가 다수의 실험실 시험을 통해 검증되었습니다.

이 발표는 부사장 겸 저명 과학자인 Nicolo Fusi와 부사장 Jonathan M. Carlson이 작성했습니다.

생물학적 규모 전반에 걸친 세계 모델

Microsoft는 추구하는 세계 모델을 생물학적 시스템의 상태를 표현하고, 개입 시 그 상태가 어떻게 변할지를 예측하며, 몇 단계 앞의 하위 결과를 추론하는 모델로 정의합니다. 회사는 이러한 시스템이 실험을 대체하지는 않으며, 제한된 실험실 자원을 투입하기 전에 연구자들이 후보 방향을 계산적으로 평가하고 순위를 매길 수 있게 해준다고 설명합니다.

Quine의 핵심 모델은 서열, 구조, 기능, 세포 상태, 이미징 등 생물학적 규모와 데이터 유형 전반에 걸쳐 공유되는 표현을 학습하도록 훈련됩니다. 학습 모달리티는 유전체학, 단백질, 화학, RNA 및 세포 상태, 그리고 바이오이미징을 포괄합니다. Microsoft는 이러한 모달리티 간 공동 학습이 성능을 약화시키기보다 강화한다는 점을 보고했으며, 한 모달리티의 증거가 다른 모달리티의 예측에 도움을 줄 수 있어, 별도의 단일 분야 전문 모델을 조정했을 때 고립되거나 사라질 수 있는 관계를 포착할 수 있다고 말했습니다.

Microsoft의 설명에 따르면, 시스템은 과학자와 함께 시작하고 끝나는 순환으로 작동합니다: 질문이 제안을 낳고, 제안은 실행할 가치가 있는 실험으로 전환되며, 그 결과 측정값은 다음 질문과 모델 자체를 정제합니다. 회사는 모델이 완벽할 필요는 없으며, 생물학을 완전히 포착할 수는 없지만 실험 설계를 유용하게 안내하는 데만 필요하다고 덧붙였습니다.

The Quine 프로젝트 페이지는 동시에 개발된 세 가지 구성 요소를 설명합니다: 단백질, 세포, 조직, 그리고 게놈 전반에 걸친 증거를 연결하도록 구축된 모델 자체; 연구자들이 질문을 단계별로 분해하고, 모델 및 과학 도구를 적용하며, 증거를 평가하고 계획을 수정하도록 돕는 도구 계층; 그리고 Microsoft 과학자, 펠로우, 협력자, 실험 파트너가 실제 생물학적 질문에 시스템을 시험하는 연구 프로그램입니다. 이 페이지는 2021년부터 2026년까지 Quine에 투입된 연구 라인을 날짜별로 기록하고 있으며, 단백질, 조절 유전체, 종양 미세환경, 조직 병리학, 현미경 영상 및 생물학적 데이터를 포괄합니다.

Microsoft Research는 면역학, 바이러스학, 유전체학, 생의학 이미지, 세포 생물학, 단백질 공학 등에서 계산과 생물학이 만나는 영역에서 20년 이상을 투자해 왔으며, Quine이 암 생물학, 단백질 공학, 유전체학 및 바이오이미징 등 분야에서 팀이 발견을 추구하는 핵심이 되었다고 말합니다.

췌장암 실험실 검증

이번 발표는 시스템을 특정 사례인 췌관 선암(PDAC)에 적용했습니다. Microsoft는 이를 가장 흔한 형태의 췌장암이자 치료가 가장 어려운 암 중 하나라고 설명합니다. Broad Institute 연구원들과 함께, 회사는 수년간 환자 유래 ex vivo 모델을 개발·적용하여 오랜 가설을 시험했습니다: 종양의 행동과 약물 반응이 전사적 세포 상태와 유전적 특성 모두에 의존한다는 가설입니다. PDAC 종양 세포는 치료 반응과 연관된 다양한 세포 상태에 존재할 수 있습니다.

그 협력은 Microsoft와 Broad Institute가 공동으로 진행하고 Dana-Farber Cancer Institute의 지원을 받는 Project Ex Vivo 내에 위치하며, 암에서 세포 상태를 정의, 엔지니어링 및 표적화하는 것을 목표로 합니다. 초기 PDAC 연구에서는 세포 상태와 그 미세환경 요인의 치료적 중요성을 조사했습니다.

Microsoft는 Quine을 사용해 수천 개의 화합물을 점수 매기고 순위를 매겨, 종양 세포를 치료와 관련된 상태 사이로 이동시킬 잠재력을 평가했다고 보고했습니다. 고전적 세포 상태에서 기저 세포 상태로의 전환에 초점을 맞춘 실험실 연구에서, 회사에 따르면 Quine이 가장 높은 순위를 매긴 화합물들은 시험 전반에 걸쳐 세포를 의도된 방향으로 가장 크게 이동시켰으며, 가장 강력한 효과 중 몇몇은 예상치 못한 작용 메커니즘을 가진 화합물과 연관되어 있었습니다. Microsoft는 이러한 결과를 AI가 약물 재활용 및 발견 기회를 발굴할 수 있는 초기 징후라고 설명합니다.

Microsoft에 따르면, 화합물 탐색 범위를 좁혀 실험실 검증을 위한 후보 리스트를 선정하는 과정은 단 하루 주말에 완료되었으며, 이는 실험 작업 수개월와 상당한 연구 비용을 절감할 수 있는 속도라고 설명합니다.

기저 상태에서 고전적 상태로의 역전환은 더 어려웠으며, 이는 회사가 Quine의 예측과 일치한다고 말하는데, 즉 사용 가능한 화합물이 그 방향으로는 더 약한 효과를 낼 것이라는 예측이다. 실험은 또한 여러 화합물이 반복적으로 세포를 별개의 제3형 표현형으로 밀어넣는다는 별도의 Quine 예측을 확인했으며, Microsoft는 이것이 췌장암 세포 상태 지형이 단순한 고전-기저 축보다 더 복잡하다는 것을 시사한다고 밝혔다. 향후 작업 단계에는 새로운 RNA 데이터셋과 과제 통합, 상태 전이 예측 정밀화, 그리고 과학자들이 습식 실험 테스트를 위해 가장 강력한 가설을 순위 매길 수 있도록 보정된 신뢰도 추정치를 추가하는 것이 포함된다.

펠로우십 조건, 안전장치 및 단계적 접근

Microsoft는 Quine이 실험적 연구 기술이며 연구 목적에만 사용되고 임상 또는 의료 용도로는 사용할 수 없으며, 그 출력이 불완전하거나 부정확할 수 있어 자격을 갖춘 연구자가 검토하고 적절한 과학적·실험적 작업을 통해 검증해야 한다고 명시한다. 접근은 회사가 ‘신중하고 단계적인 접근’이라고 부르는 방식으로 진행되고 있으며, 초기 이용은 Quine Fellows 프로그램 및 선택된 연구 협업에만 제한되고, 내부 검토와 내장된 안전장치가 지속적으로 적용된다. Microsoft는 기술이 성숙함에 따라 Microsoft Discovery와 같은 제품을 통해 나중에 접근을 확대할 것으로 기대한다고 밝혔다.

펠로우십은 16주 동안 진행되며, 재정 지원을 포함하고, 매사추세츠주 케임브리지에 위치한 Microsoft Research에서 주최한다. 박사 과정 후보자, 박사후 연구원, 연구 과학자 및 학계 혹은 독립 연구자에게 열려 있다. 참가자는 Microsoft 연구원과 함께 Quine 및 컴퓨팅 자원에 접근하면서 작업하게 되며, 일부 프로젝트는 실험적 지원을 받을 수도 있다. 관심 분야로는 단백질 설계 및 엔지니어링; 효소 설계, 발견 및 최적화; 세포 상태의 유전·화학적 교란; 자원이 부족한 질병 영역에서의 초기 단계 치료 연구(가설 및 화합물 우선순위 지정 포함); 그리고 설계와 실험 사이의 빠른 반복이 결과를 바꿀 수 있는 인접 문제 등이 있다.

펠로우십 페이지는 보증이 선택이나 접근을 보장하지 않으며, 참여와 지원은 자격, 선정, 용량 및 서면 펠로우십 조건에 따라 달라진다고 경고한다. 첫 번째 코호트 신청은 2026년 9월 29일에 시작되어 2026년 11월 2일까지 진행되며, 펠로우십 자체는 2027년 6월 7일부터 2027년 9월 24일까지 예정되어 있다.