바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 16-35
합성생물학 스타트업에 대한 관심 증가

◇ 인공 미생물을 활용하여 바이오연료 및 화학제품, 의약품 등 유용 화합물의 효과적인 생산을 가능하게 하는 합성생물학의 커다란 시장 잠재력으로 최근 실리콘밸리 스타트업 투자가 증가함에 따라 관련 내용을 정리

■ 합성생물학(Synthetic Biology)이란?

 ○ 세포의 행동을 제어하기 위해 유용한 기능을 수행하는 DNA를 합성하여 실제 세포에 도입하고 예측 가능한 기능을 수행하도록 하는 연구 분야
  - 생물학에 컴퓨터나 전자와 같은 공학적 개념을 적용한 연구 분야로 최소 단위의 기능적 DNA 조각을 이용하여 논리 회로를 설계하고 이를 구동하여 마치 전자 제품을 만드는 과정과 유사
    ※ DNA, 세포, 개체 등을 변형하는 수준에 그쳤던 유전공학(Genetic Engineering)과는 차이가 있으며, 생물 시스템 구성체들 간의 관계 및 상호작용을 연구하는 시스템 생물학(System Biology)과도 차별

  - DNA 제작을 위해서 유전자, 프로모터, 터미네이터 등 최소 기능 단위 DNA 조각의 정확한 서열 및 발현 정보를 알아야 하고, 이들을 접합 또는 분해할 수 있는 유전자 편집기술이 필수

<합성생물학의 패러다임 변화>

■ 활용범위 및 분야

 ○ 녹색산업과 헬스케어 등 유망 산업에 필요한 기반기술로서, 합성생물학을 통해 제작된 인공 미생물을 활용하여 바이오연료, 화학제품 및 신약개발 분야에 혁신을 유도
  - 컴퓨터를 사용한 설계, 표준화된 바이오부품 및 공학적 원칙을 사용하기 때문에 사전설계, 최적화, 대량생산 등 기존 제조업과 유사한 특징이 있어 파급효과가 광범위

 ○ 최근 석유자원 고갈과 기후변화에 대한 대안으로 전세계적으로 인간이 필요로 하는 화학 원료와 에너지를 합성하고자 하는 패러다임으로 전환되고 있으며, 합성생물학은 유용한 화합물을 효과적으로 생산하기 위한 수단으로 인식
  - 의학분야에서는 약물전달 미생물이나 암 치료용 세포 등 다양한 응용 가능성이 있으나, 아직 실험실 수준에서 시스템 작동을 검증한 정도이고 연구를 실제 치료에 이용하기 위해서는 오랜 시간과 절차 요구
  - 전문가들은 합성생물학은 단기적으로 천연물이나 석유 화학물질을 대체하는 연구 방향으로 진행되고, 장기적으로는 정교한 게놈편집 기술을 이용한 개인 맞춤형 유전자 치료의 응용 연구로 이동할 것으로 예측
    ※ 합성생물학 세계시장은 2013년 이후 연평균 22.8%로 성장하여 2020년 147억달러 (약.15조원)의 규모가 될 것으로 전망(Allied Market Research, 2016.1)

<합성생물학 시장규모와 적용 분야>

  출처 : 매일경제, 미래기술 50년 - 합성생물학, 2006.1

■ 최근 연구개발 동향

 ○ 현재 미생물공장이라는 개념으로 박테리아 대사과정 조작을 통해 바이오매스, CO2, 폐목제 등 값싼 탄소원으로 고부가 화학물질이나 천연 의약원료를 대량으로 생산하는 연구가 가장 활발하게 진행 중
  - 대표적으로 말라리아 치료제인 artemisinic acid를 대사과정이 변형된 효모(Saccharomyces cerevisiae)를 이용하여 기존 연구에 비해 약 20배 이상 생산성을 향상시킨 연구결과 확보(미국 버클리대), 그 외 Butanediol 등 바이오디젤의 상업용 생산기술 개발(미국 Genometica사)
  - 최근에는 단일 품목의 생산 연구에서 벗어나 최초 아이디어의 in silico 설계에서부터 DNA 합성, 다양한 균주 적용 및 프로토타입 구축까지 빠르게 구현하는 ‘Biological Foundries’ 또는 ‘Biofoundry’ 개념 등장
    ※ 다양한 Computer Aided Design 발달과 빅데이터 모델링 기반의 시스템 생물학 활용을 통한 합성생물학 시스템의 예측 및 이해는 Biofoundry의 초석이 됨

■ 실리콘밸리 스타트업 투자 증가

 ○ 전통적 바이오기술의 위험과 신약개발의 고비용에 부담을 느낀 실리콘밸리 투자자들이 합성생물학 스타트업에 투자를 확대하는 추세
  - 합성생물학 업계는 2015년 한해 5.6억달러(약 6,500억원)의 자금을 유치, 그 중 CRISPR-CAS9 유전자 가위기술 관련 투자액(2.3억 달러) 포함

<합성생물학 스타트업 투자 현황>

출처 : Nature, Synthetic biology lures Silicon Valley investors, 2015.11

○ 징코 바이오웍스(Ginkgo Bioworks)의 창업자 제이슨 켈리는 장기적으로 볼 때 합성생물학 사업은 그 어떤 분야보다 의미 있고 수익성 높은 성과를 달성할 잠재력을 갖고 있다고 언급
  - 볼트 스레즈(Bolt Threads)는 효모를 이용하여 직물을 만드는 회사로, 거미가 거미줄을 만드는 공정을 모사하기 위해 세포의 대사경로 조작
  - 그 밖의 업체들은 미생물을 이용하여 고무, 달걀 단백질, 코뿔소의 뿔, 바닐라향, 장미향이 나는 추출물, 커피 등을 보다 저렴하고 윤리*적이며 고품질로 만드는 것이 목표
     * 형질전환 미생물로 만든 발효 커피는 비인도적이라고 비난받는 루왁커피 대체 가능

...................(계속)

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