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2022년 10대 바이오 미래유망기술은?

▲ Platform, Red, Green, White Bio로 살펴본 10대미래유망기술 인포그래픽 <제공=한국생명공학연구원>

[이미디어= 김한결 기자] 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 기술 패권 경쟁 시대에 미래를 선도할 바이오 미래 유망기술을 발표했다.

생명연 국가생명공학정책연구센터(센터장 김흥열)는 Platform Bio, Red Bio, Green Bio, White Bio 분야에서 바이오 미래 유망기술을 발굴하고 바이오 정보 포털사이트 ʻ바이오인(bioin)ʼ에 공개한다고 밝혔다. 이번 미래유망기술 발굴에는 한국과학기술정보연구원(원장 김재수, 이하 KISTI) 데이터분석본부(본부장 김은선)와 협력해 머신러닝을 통해 이슈 키워드를 분석하는 위크시그널(Weak Signal) 기법으로 객관성과 정확성을 강화했다.

10대 미래 유망기술에는 ▲차세대 유전체 합성(플랫폼 바이오) ▲소포체 기반 약물전달 기술(레드바이오) ▲바이오장기 생산 키메라 기술(그린바이오) ▲환경오염물질 분해 마이크로바이옴(화이트바이오) 등이 선정됐다.

이 중 플랫폼 바이오 분야의 차세대 유전체 합성은 생명체의 DNA를 설계하고 이를 신속 정확하게 대량으로 합성해 건강, 환경, 우주 등의 분야에서 인류가 직면한 기술적 한계를 극복하고, 향후 바이오가 자연지향설계(Nature Co-Design)로의 패러다임 전환에 핵심적인 기술이 될 것으로 연구진은 전망했다.

오미크론 변이로 새로운 국면을 맞이하고 있는 코로나19 팬데믹의 여파로 올해에도 감염병 관련 기술이 포함됐다. 코로나19로 사회적 부담이 더욱 가중되고 있는 우울증, 불안, 중독 등 만성·난치성 신경정신질환 극복을 위한 ‘치료용 신경정신약물’과 다양한 병원체와 변이 바이러스에 신속하게 대응해 효과적으로 감염병을 제어하고 더불어 항암과 희귀질환 예방에도 활용할 수 있는 ‘차세대 백신’이 레드바이오 분야의 미래유망기술로 선정됐다.

김은선 KISTI 데이터분석본부장은 “KISTI의 위크시그널 탐색 데이터가 출연연 간 협력과 국가적 차원의 디지털 전환을 위한 대응 전략 수립에 기여한 것으로 볼 수 있다”면서, “2022년 바이오 미래유망기술은 KISTI의 인공지능 기반 미래신호 탐색기술을 바이오 분야에 접목해 활용적 가치를 높인 중요한 사례”라고 설명했다.

김흥열 생명연 국가생명공학정책연구센터장 또한 “지난해 우리나라는 UNCTAD(유엔무역개발회의) 역사상 처음으로 선진국으로 지위가 변경된 국가로, 더이상 Fast-follower 전략은 유효하지 않다”면서, “기술 패권 경쟁 시대의 First-mover가 되기 위해서는 미래를 선도할 혁신기술 확보가 그 어느 때보다 중요한 시점”이라고 강조했다.

▲ 2022년 바이오 미래 유망기술 발굴 프로세스 <제공=한국생명공학연구원>

최근 주요국에서는 바이오 R&D 혁신의 속도를 높이기 위해 고위험-고수익 연구개발을 위한 전문기관을 설립하고 있다. 코로나19 진단기기 시장에서와같이, 우리나라 또한 고위험-고수익 연구개발을 체계적으로 지원하면 기술 패권 경쟁 시대의 새로운 강자가 될 수 있음을 보여주고 있다.

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차세대 백신에서 엑소좀까지… 2022년 10대 바이오 미래 유망기술은?

한국생명공학연구원, 각 바이오 분야에서 10대 미래 유망기술 발굴

플랫폼 바이오 분야에선 ‘차세대 유전체 합성’ 등 주목

레드 바이오에선 감염병 관련 기술이 미래 유망 바이오 기술로 선정

고위험-고수익 연구개발을 체계적으로 지원하면 기술 패권 경쟁에서 승산 있어

ⓒ게티이미지뱅크

[바이오타임즈] 한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터(센터장 김흥열)는 기술 패권 경쟁 시대에 미래를 선도할 ‘10대 바이오 미래 유망기술’을 발표했다.

이번 바이오 미래 유망기술 선정은 플랫폼 바이오, 레드 바이오, 그린 바이오, 화이트 바이오 분야에서 바이오 미래 유망기술을 발굴하기 위한 것으로, 한국과학기술정보연구원 데이터분석본부(본부장 김은선)와 협력하여 머신러닝을 통해 이슈 키워드를 분석하는 위크 시그널(Weak Signal) 기법으로 객관성과 정확성을 강화했다.

10대 미래 유망기술에는 ▲세포 정밀 이미징/시퀀싱, 차세대 유전체 합성, 후성 유전체 편집(플랫폼 바이오) ▲치료용 신경 정신 약물, 차세대 백신, 소포체 기반 약물 전달 기술(레드바이오) ▲바이오 장기 생산 키메라 기술, 식물 광합성기구 기능 향상 기술(그린바이오) ▲나노물질 유래 친환경 중합체 합성 기술, 환경오염물질 분해 마이크로바이옴(화이트바이오) 등이 선정됐다.

2022년 10대 미래 유망 바이오 기술(사진=한국생명공학연구원)

◇플랫폼 바이오 분야에선 ‘차세대 유전체 합성’ 등 주목

먼저 플랫폼 바이오의 유망기술을 살펴보면 ‘세포 정밀 이미징/시퀀싱’은 역동적인 세포 내 현상을 3차원으로 정밀하게 관찰하는 동시에 특정 유전자의 서열을 분석하여 발현량과 위치를 파악하는 기술이다.

이 기술은 세포 본연의 형태를 유지한 채 단일세포 수준의 시·공간적 유전체 정보를 제공한다는 점에서 기존 유전체 분석 기술을 크게 변화시킬 기술로 평가받고 있지만, 국내에서는 아직 해당 기술을 응용하여 공식적으로 발표한 연구 사례가 없다.

플랫폼 바이오 분야의 ‘차세대 유전체 합성’은 생명체의 DNA를 설계하고 이를 신속 정확하게 대량으로 합성하여 건강, 환경, 우주 등의 분야에서 인류가 직면한 기술적 한계를 극복하고, 향후 바이오가 자연 지향설계(Nature Co-Design)로의 패러다임 전환에 핵심적인 기술이 될 것으로 연구진은 전망했다.

‘후성 유전체 편집’은 유전자 편집 도구를 활용하여 후성유전학적 변이를 선택적으로 제어함으로써 생물체의 기능을 연구하고, 분석하는 기술이다. 재생의학, 유전자치료, 세포치료제 산업의 확대 및 차세대 바이오산업 경쟁력 확보 등의 경제적 산업 효과가 기대되며, 고령화로 인해 발생하는 다양한 퇴행성 질환, 신경질환, 암 등에 대한 치료법을 제시할 것으로 보인다.

ⓒ게티이미지뱅크

◇레드 바이오에선 감염병 관련 기술과 엑소좀 기술 선정

레드 바이오 분야에서는 오미크론 변이로 새로운 국면을 맞이하고 있는 코로나19 팬데믹의 여파로 감염병 관련 기술이 미래 유망 바이오 기술로 선정됐다.

코로나19로 사회적 부담이 더욱 가중되고 있는 우울증, 불안, 중독 등 만성·난치성 신경정신질환 극복을 위한 ‘치료용 신경 정신 약물’과 다양한 병원체와 변이 바이러스에 신속하게 대응하여 효과적으로 감염병을 제어하고 더불어 항암과 희귀질환 예방에도 활용할 수 있는 ‘차세대 백신’이 포함됐다.

또한, ‘소포체 기반 약물 전달 기술’은 세포 소기관인 소포체, 다양한 세포 유래 엑소좀을 활용해 약물을 목적 세포까지 정확하고 효율적으로 전달하는 기술로, 기존의 리포솜 등 인공적 합성이 아닌 생체 유래 물질 특성상 면역원성이 낮아 안전하고, 세포 표적화가 용이하여 약물 전달체로서 유망할 것으로 보인다.

미국 시장조사기관 그랜드 뷰 리서치 보고에서 글로벌 엑소좀 시장이 2030년 약 2조 6,000억 원 규모로 성장할 것으로 예상된다. 엑소좀이 각종 암을 비롯한 알츠하이머, 심혈관 질환, 간질환 등 활용 범위가 확대되면서 초기 시장 선점을 위해 국내외 기업들의 진입이 치열할 것으로 예측된다.

ⓒ게티이미지뱅크

◇‘바이오 장기 생산 키메라 기술’과 ‘환경오염물질 분해 마이크로바이옴’도 유망

그린바이오 분야의 ‘바이오 장기 생산 키메라 기술’은 인간 줄기세포를 동물에 넣어 이식 및 치료 목적으로 인간의 조직이나 장기, 기관을 동물에서 생산하는 기술이다. 면역거부 반응이 최소화된 범용/맞춤형 이식용 장기를 확보하여 환자에게 제공함으로써 장기수급 불균형을 해소하고, 난치질환의 치료 가능성을 높일 수 있는 기술로 주목받고 있다.

화이트 바이오 분야에서 미래 유망기술로 선정된 ‘환경오염물질 분해 마이크로바이옴’은 박테리아, 나방 등에서 분리해낸 환경오염물질 분해효소를 지닌 마이크로바이옴을 활용하여 플라스틱, 비닐 등 환경오염 물질을 분해하는 기술이다. 유기체를 이용해 플라스틱을 비롯한 난분해성 환경오염 물질을 분해하기 때문에 분해 과정에서 유해 물질이 발생하지 않아 친환경적이며, 안전한 환경 조성이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

한국생명공학연구원 측은 최근 주요국이 바이오 R&D 혁신의 속도를 높이기 위해 고위험-고수익 연구개발을 위한 전문기관을 설립하는 추세로, 코로나19 진단기기 시장에서와 같이, 우리나라 또한 고위험-고수익 연구개발을 체계적으로 지원하면 기술 패권 경쟁 시대의 새로운 강자가 될 수 있다고 설명한다.

한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터 김흥열 센터장은 “지난해 우리나라는 UNCTAD(유엔무역개발회의) 역사상 처음으로 선진국으로 지위가 변경된 국가로, 더 이상 패스트 팔로워 전략은 유효하지 않다. 기술 패권 경쟁 시대의 퍼스트 무버가 되기 위해서는 미래를 선도할 혁신 기술 확보가 그 어느 때보다 중요한 시점”이라고 말하며 “우리나라 유일의 바이오 전문 연구기관인 한국생명공학연구원은 바이오 기술 선도국 도약을 위한 국가전략 수립에 기여하고자, 확보해야 할 혁신 기술을 지속해서 제시할 계획이며, 이를 위해 출연연 간 협력을 확대하고 바이오 미래 유망기술 발굴 연구를 강화해 나가겠다”고 강조했다.

[바이오타임즈=정민구 기자] [email protected]

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생명연, ‘합성면역, 나노백신’ 등 2021년 10대 바이오 미래유망기술 발표

‘Platform, Red, Green, White’ Bio 등 4개 분야 10대 기술

생명연국가생명공학정책연구센터가 발표한 ‘2021년 바이오 미래유망기술’ / 자료이미지=생명연

[위즈뉴스] 한국생명공학연구원(이하 ‘생명연’) 국가생명공학정책연구센터가 ‘2021년 바이오 미래유망기술’을 발굴해 발표했다.

이번에 발표된 바이오 미래유망기술은 Platform Bio(기초 및 생명과학, 공통기반), Red Bio(보건의료), Green Bio(농림축수산 및 식품), White Bio(산업공정 및 환경 해양) 등 4개 분야로 구분된 10대 기술이다.

10대 기술을 분야별로 살펴보면 다음과 같다.

플랫폼 바이오(Platform Bio) 분야의 3대 기술

1. 생물 유래 화학다양성 확보 기술(Chemical diversity in natur) : 심해 등 극한 환경에서 살아가는 생물과 그 안에 함께 있는 마이크로바이옴이 생산하는 다양한 물질을 확보하는 기술로, 그간 인류가 접근하기 힘들었던 극한 환경 속 생물로부터 화학다양성 확보를 통해 발굴한 새로운 천연물질은 신개념 항생제 등 신약 및 혁신 바이오소재 개발에 활용될 수 있다.

2. 개인 맞춤형 체외 면역시스템(in vitro personalized immune system) : 개인 맞춤형 오가노이드에 면역세포 공배양 등을 통해 체외에서 개인의 면역체계를 모사하는 기술로, 개인별 면역 특성이 반영된 체외 시스템을 통해 면역반응의 기초연구부터 개인 맞춤형 치료제 개발, 효과적인 백신 개발에 기여할 수 있다.

3. 인공지능 기반 단백질 모델링(AI based protein modeling) : 분자물리학적 접근방법과 딥러닝 인공지능을 활용하여 단백질 구조뿐만 아니라 세포 내 단백질 작용을 예측하는 기술로, 단백질 간의 네트워크 규명을 통해 그간 알지 못했던 생명현상을 밝힐 수 있고, 신속한 약물표적 발굴을 통해 신약개발의 생산성을 향상하는데 기여할 수 있다.

레드 바이오(Red Bio) 분야의 3대 기술

4. 합성 면역(Synthetic immunity ) : 유전적으로 면역회로를 합성하여 면역세포의 활성을 높이거나 면역물질 생성을 조절하는 기술로, 기존 면역세포 치료의 효능을 극대화하고, 사이토카인 방출 증후군과 같은 부작용에 대한 한계를 극복하여 감염병, 암 및 다양한 질환 치료제 개발에 활용될 수 있다.

5. 단일세포 교정기술(Single cell repairing) : 유전자 교정기술 등을 활용하여 단일세포 수준에서 질병을 치료하는 기술로, 조직을 치료대상으로 할 경우 발생하는 유전자전달, 면역반응, 낮은 교정효율, 세포 이질성의 문제를 극복하고 효율적이고 안전한 치료가 가능할 수 있다.

6. 나노백신/나노항체(Nanovaccine/Nanobody) : 나노구조체 표면에 다량, 다종의 항원을 노출시키거나, 기존 항체보다 작고 효과적인 치료제를 제작하는 기술로, 크기가 작아 안정성, 용해도가 높고, 제조하기 용이하며, 조직 침투력이 높아 기존의 백신/항체 치료제의 타겟이 되지 못하는 틈새 치료 영역에 적용이 가능하다.

그린 바이오(Green Bio) 분야의 2대 기술

7. 세포배양 축산 기술(Cellular agriculture ) : 팬데믹 등으로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업을 대체하기 위해 세포배양 기반으로 육류나 우유를 제조하는 기술로, 지속가능한 녹색축산을 실현하고, 전통 축산업에서 발생하는 환경문제 완화 및 증가하는 축산물 수요에 대응이 가능할 수 있다.

8. 식물 마이크로바이옴 엔지니어링(Plant microbiome engineering) : 식물 공생 미생물체, 병원성 미생물체 분석으로 식물 마이크로바이옴 기능 조절을 통해 작물 성장을 돕거나 멸종위기 보호종을 보전하는 기술로, 우수한 성장성 및 병충해에 강한 식물 자원을 생산, 유지하는 기술의 한계를 극복하여 생명현상 연구뿐만 아니라 품종개량 등에 활용할 수 있다.

화이트 바이오(White Bio) 2대 기술

9. 친환경 고분자 생산 미생물(Eco-friendly polymer producing microbe ) : 일회용품 및 미세플라스틱 문제를 해결하기 위해 미생물로부터 완전 친환경 고분자 재료를 생산하는 기술로, 친환경 소재 산업 고도화를 통한 탄소발자국(carbon footprint) 저감 및 난분해 플라스틱 유래 환경오염 문제 해결에 기여할 수 있다.

10. 빅데이터 기반 생태건강성 평가 기술 (Ecological health assessment using bio big data) : 바이오 빅데이터(특히, 미생물 군집구조)를 포함한 환경, 생태 데이터를 통합하여 생태계의 건강성을 평가하는 기술로, 미생물총의 오믹스를 이용한 평가기법은 샘플링이 간단하고, 이후 빅데이터 분석 공정도 상당히 표준화 되어 있어, 보다 객관적이고 정확하며 세밀한 평가가 가능하다.

생명연 국가생명공학정책연구센터는 미래 파급효과가 큰 바이오 혁신기술 발굴을 위해 지난 2015년부터 바이오 미래유망기술 발굴 연구를 진행해 오고 있으며, 이번 연구는 그간의 노하우가 결집된 ‘혁신공감형’ 연구방법에 코로나19 관련 포스트 팬데믹 대응 미래유망기술 발굴 트랙을 추가했다..

10대 바이오 미래유망기술 중 포스트 팬데믹 관련 기술이 5개(플랫폼 1개, 레드 2개, 그린 1개, 화이트 1개)가 선정되며 코로나19로 인한 영향력이 크게 반영된 것으로 평가된다. 특히, 팬데믹으로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업을 대체하기 위한 ‘세포배양 축산 기술’이 그린바이오 분야에서, 코로나19 팬데믹으로 일회용 플라스틱 제품 사용이 급증하였는데 이를 해결할 수 있는 ‘친환경 고분자 생산 미생물’이 화이트바이오 분야에서 포스트 팬데믹 대응 바이오 미래유망기술로 선정되었다.

10대 기술 중 파급효과가 가장 클 것으로 예측된 ‘인공지능 기반 단백질 모델링’은 분자물리학적 접근방법과 딥러닝 인공지능을 활용하여 생물학 난제 중 하나인 아미노산 서열에서 3차원 단백질 구조를 예측할 뿐만 아니라 세포 내 단백질 작용을 예측하는 기술로서, 지난해 구글의 AI 프로그램인 알파폴드(AlphaFold)는 코로나19 바이러스의 일부 단백질 구조 예측(Nature, Improved protein structure prediction using potentials from deep learning, 2020.1.30)을 통해 백신 및 치료제 개발에 단서를 제공한 바 있다.

해당기술은 단백질 구조 예측을 넘어서 단백질의 생체 내 작용기작 뿐만 아니라 질병과의 연관성, 약물표적 규명 등을 통해 신약개발의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

국가생명공학정책연구센터 김흥열 센터장은 “전 세계를 혼란 속으로 몰아넣은 코로나19는 아직도 현재 진행형으로, 포스트 코로나를 넘어서 포스트 팬데믹을 대비할 수 있는 혁신기술은 바이오 미래유망기술의 집합체가 될 것으로 예상한다”면서 “이번 연구결과에서 10대 바이오 미래유망기술 중 5개의 포스트 팬데믹 대응기술이 포함되었으나, 추가적으로 감염병 대응에 초점을 맞추어 ‘포스트 팬데믹 대응 감염병 유망기술’을 도출할 예정”이라고 말했다.

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