[기고] 코로나19 신속 진단을 가능케 하는 클라우드 컴퓨팅

[IT동아]

지난 해 2020년은 그야말로 전례없는 혼돈의 한 해였다. 작년 3월 코로나19 바이러스가 전 세계로 퍼지며, 개인과 기업, 그리고 지역사회에 엄청난 변화를 가져왔다. 1년이 지난 지금도 여전히 많은 조직이 바이러스 확산에 맞서 싸우고 있지만, 새로운 변종 바이러스까지 등장하며 사태는 진정되지 않고 있다. 바이러스가 무서운 속도로 퍼지자, 감염 진단이 무엇보다 중요해졌고 이에 의료계는 IT 기술을 활용한 새로운 접근법을 모색하고 있다.

전 세계 국가들이 코로나19 진단 검사를 확대하기 위해 고군분투하고 있는 가운데, 아마존웹서비스(AWS)는 클라우드의 이점을 활용해 진단 연구 및 개발을 가속화할 수 있도록 'AWS 진단 개발 이니셔티브(Diagnostic Development Initiative, DDI)'를 출범했다. AWS는 이를 통해 AWS 전문 서비스 팀의 맞춤형 지원과 컴퓨팅 크레딧을 포함해 2천만 달러(한화 약 225억원)를 투자했다.

AWS 진단 개발 이니셔티브의 첫 단계에서 AWS는 스타트업, 비영리 단체, 연구기관 및 기업에 이르는 17개 국 87여 조직을 지원했다. 항체, 항원 및 핵산에 대한 분자 테스트, 진단 영상, 웨어러블, 그리고 바이러스 탐지에 인공지능(AI)과 머신러닝(ML)을 활용하는 데이터 분석도구 등 여러 진단 프로젝트에 800만 달러(한화 약 90억원)를 투자한 바 있다.

이후 다음 단계를 시작하면서 1,200만 달러(한화 약 135억원)를 추가 투자한다. 이를 통해, 개인 간 혹은 지역사회 내 바이러스 감염 방지를 위한 조기 질병 감지, 감염 경로를 파악하기 위한 예측, 바이러스 게놈 시퀀싱을 강화하기 위한 공중 보건 유전체학 등의 새로운 영역으로 지원 범위를 확대한다. AWS는 코로나19 프로젝트의 우선순위를 정하고, 코로나19가 아닌 다른 감염병에 중점을 둔 프로젝트도 평가할 예정이다.

지난 1년 간 전 세계 여러 스타트업과 조직들이 머신러닝 기반 X-레이 이미지 분석부터, 신속한 테스트가 가능한 새로운 검사 방법에 이르기까지 감염병 진단 방식에 대한 혁신적인 성과를 이루고 있다. 이는 앞으로도 계속 진화할 것으로, 향후 코로나19 대유행과 같은 위기 상황이 또 다시 닥쳤을 때 국가의 대응능력을 향상시키리라 기대한다.

AWS 진단 개발 이니셔티브로 혁신을 이루다

AWS 진단 개발 이니셔티브는 코로나19 판독에 상당한 기여를 한 여러 프로젝트를 지원했다. 이 프로젝트로 의료계가 코로나19 팬데믹에 신속하게 대응할 수 있었으며, 다른 많은 전염병에도 긍정적인 영향을 주었다.

캐나다에 본사를 둔 인공지능 헬스케어 스타트업인 '메도(Medo)는' AWS 진단 개발 이니셔티브를 통해 폐 솔루션인 '메도 렁'Medo Lung)'을 개발했다. 이 솔루션은 폐의 초음파를 빠르게 스캔해 인공지능 알고리즘으로 환자의 폐가 정상 기능을 하는지, 혹은 코로나19로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 간질성 폐렴 등의 질환이 있는지 감지한다.

코로나19 선별 진료소의 진단용 면봉을 사용해 수천 명의 환자를 대상으로 스캔 작업을 수행함으로써, 긴급히 병원에 가야하는 사람들을 식별하고 신속 정확하게 환자를 분류할 수 있다. 특히 노인들이 검사를 위해 병원을 직접 방문해야 할 필요가 없어 잠재적인 감염병 노출도 피할 수 있다.

메도는 AWS와 초음파를 활용하여 방사선 전문의와 임상의가 폐 외에 다른 의학적 상태를 보다 쉽게 진단하도록 도움을 줬다. 이로써 의료진은 올바른 치료 과정을 더 정확하게 이해하게 됐다. 메도 렁 솔루션은 코로나19 외에도, 폐렴, 흉막 삼출, 기흉, 폐부종과 같은 질병도 대상으로 하며, 메도는 현재 이 솔루션에 대한 파일럿 프로젝트를 캐나다에서 진행 중이다.

인도의 헬스케어 스타트업인 '온코페노믹스(Oncophenomics)'는 암 및 감염병에 대한 진단 솔루션을 개발하고, 인도에서 코로나19 바이러스의 유전역학을 연구하고 있다. 이 스타트업은 신속 정확하고 경제적인 감염 테스트에 필요한 조건을 해결함으로써, 인도 정부가 코로나19 감염 환자를 식별하고 변종 바이러스에 감염된 환자에 대해 검역 조치를 취할 수 있도록 돕고 있다.

다만 현재 이용 가능한 모든 진단 테스트가 이러한 변종 바이러스를 모두 감지할 수 있는 것은 아니다. 각 변종 바이러스별 진단 테스트가 여의치 않은 상황에서, 온코페노믹스는 현장에서 몇 분 만에 코로나19 환자를 검사할 수 있는 2단계 타액 기반 코로나19 진단 솔루션도 개발했다. 양성 샘플은 3세대 실시간 장기 판독 시퀀싱 접근법을 사용하여, 코로나19 변종을 정확하게 진단하기 위해 중앙 실험실로 전달된다. 이후 동일한 타액 샘플로 몇 시간 내에 RNA 바이러스를 시퀀싱한다.

이 시퀀싱 데이터는 온코페노믹스 고유의 생물정보학 파이프라인을 활용해 AWS 클라우드에 저장 및 분석된다. 모든 인플루엔자 바이러스와 코로나19 데이터를 신속하게 공유하는 'GISAID'를 통해, 단 몇 분만에 100만 개 이상의 코로나19 바이러스 게놈을 가진 글로벌 리포지터리와 모든 환자 샘플을 비교하여 변이 보고를 생성할 수 있다.

정부, 공중 보건 이니셔티브, 실험실 및 의료 전문가들은 이 플랫폼을 활용해 코로나19 변종 바이러스에 감염된 환자를 효과적으로 식별하고, 지역사회에 바이러스가 더 확산되지 않도록 적절한 조치를 취할 수 있다. 인도는 물론 전 세계에 심화되고 있는 코로나19 확산에 대응하기 위해서는 이러한 신속한 조치가 매우 중요하다.

온코페노믹스의 타액 기반 코로나19 진단 솔루션은 2021년 6월까지 인도의 의료연구 위원회(ICMR)의 평가와 임상검증을 거치게 된다. 이후, 인도의 중앙의약품표준관리기구(CDSCO)의 규제 승인 거쳐 인도에서 최초로 출시될 예정이며, 싱가포르를 포함한 다른 아태지역에서도 차례로 출시될 계획이다.

한편, 스탠포드 의과대학의 의료혁신 연구소 연구원들은 잠재적 코로나19 감염 징후를 정확하게 포착하기 위해 스마트워치 앱을 개발했다. 이 앱은 개인의 휴식기 심박수와 걸음 수의 변화를 감지하는 알고리즘에 의해 구동된다. 초기 결과로, 파일럿 프로젝트에서 감염자들이 증상을 인지하기 10일 전에 코로나19 감염 경고를 하는 데 성공했다.

현재 이 앱은 다음의 연구단계에 접어들었다. 스탠포드 팀은 코로나19 징후의 실시간 탐지 능력을 높이기 위해 1천만 명을 목표로 참가자를 모집하고 있다. 이 스마트워치 기반 조기 감지 시스템은 AWS 전문 서비스팀의 지원을 받아 AWS를 기반으로 구축되었으며, AWS는 스탠포드팀 연구진과 협력하여 데이터 처리 파이프라인 확장을 지원하고 있다.

이처럼 AWS는 전 세계 기관/조직들이 클라우드를 활용해 진단을 가속화하고 시민들이 이 시기에 효과적으로 대처하도록 돕고 있다. 또한 각국 정부가 의료 자원의 우선순위를 정해 좀더 많은 생명을 구할 수 있도록 지원하고 있다.

글 / AWS 아태지역 공공부문 총괄 피터 무어(Peter Moore)

정리 / IT동아 이문규 (munch@itdonga.com)