바이오인

1. 서 언

Biotechnology는 생명현상과 生體가 가진 기능을 물질생산이나 생산공정의 효율화에 이용하는 과학기술 이다. 따라서 biotechnology의 기술개발을 위해서는 고도의 기능을 가진 미생물, 세포 등 多樣한 생물자원을 확보하는 것이 先行조건이 다.

생물공학에서 말하는 생물자원은 동식물 및 미생물이며, 이중에서 미생물은 지구의 생태계에서 중요한 역할을 하는 生物群으로서 그 종류가 다양할 뿐 아니라 무한한 유전생화학 잠재력을 가지고 있어 인류에게 무한정한 가능성을 제시해주는 연구 소재이다. 이와 같은 미생물을 여러 가지 보존수단을 이용하여 分類學上 표준이 되는 菌株(type strain)를 일정한 장소에 보존하여 두었다가 연구 자가 원할 때 요구에 따라 분양하는 기관을 미생물 보존기관(culture collection)이라 부른다.

일찍이 분류학자가 새로운 미생물을 발견하고 그것을 보존하여온 것이 현재의 주요 culture collection 이다. 분류학자가 대상으로한 미생물이 인류에게 유익한 것이라고 인식되면서 분류학자가 구축한 collection이 유용한 물질의 탐색의 場이 되었다. 분류학적 관점에서는 동일한 균주일지라도 유용물질의 생산능력면에서는 전혀 다르다. 그렇기 때문에 분류의 규칙을 알 필요 가 없는 有用物質 深索者와 微生物 分類學者와의 사이에 보존미생물에 대한 개념이 다를 수 있다. 따라서 culture collection은 미생물을 이용하는 사람 을 만족시킬 수 있도록 운영되어야 한다. 즉 물질생산균주, 생화학 실험용 변이주, 생물공학용 marker 보유 균주, 병원성 균주, 검정용 균주 등을 수집하는 동시에 screening용 菌名이 밝혀지지 않은 배양하기 쉬운 광범위한 균주를 확보할 필요가 있다.

한국 종균협회(Korea Federation of Culture Collection, KFCC)는 미생물의 보존 및 분양을 통하여 국 내 생명과학과 생물산업의 발전을 도모하고자 1967년 7월에 社團法人으로 발족하여 오늘에 이르고 있으며, 최근 국내에서는 생명공학연구소의 유전자은행을 비롯하여 몇 개의 미생물 보존기관이 설립, 운영되고 있다. 여기서는 biotechnology의 가장 중요한 infra structure로서 culture collection의 중요성, 발전방향 등에 관하여 한국종균협회를 중심으로 기술한다.

2. 미생물의 확보, 보존의 필요성

일찍이 미생물에 대한 과학적 지식을 갖기 이전부터 오늘날에 이르기까지 미생물은 항생물질, 아미노 산, 유기산, 효소 등 산업용 또는 의약용 유용물질 생산에 널이 이용되어왔다. 미생물은 세균, 곰팡이, 효모 등 종류가 다양하고 번식이 빠르며 환 경조건에 대한 적응능력이 매우 강하고 自然生態界에 무한히 존재하나 현재 이용되고 있는 것은 전체 미생물의 1% 이하이다.

최근 분자생물학, 유전공학 등 생물과학기술의 발전으로 미생물로부터 신규물질을 얻거나 특이한 유전 자를 발견하기만 하면 미생물의 무한한 遺傳生化學的 잠재력을 이용하여 극히 낮은 수율 일지라도 육종을 통하여 생산성을 현저히 개량할 수 있 으며, 新機能 등을 부여할 수 있게 되어 미생물의 새로운 역할과 활용성은 더욱 증대되고 있다.

• 新規物質의 미생물학적 創出
• 동식물만이 생산하던 高價의 약품의 미생물학적 생산
• 化學合成 만으로 생산하던 高價물질의 미생물학적 생산
• 재래 화학 반응으로 생산할 수 없었던 화학물질의 미생물학적인 생산 등

따라서 시험관 속에 들어 있는 보잘 것 없어 보이는 미생물 그 자체가 인류에게 크게 공헌할 수 있는 귀중한 의약품 또는 산업적으로 중요한 有用物質을 생산하는 열쇠이므로 안전하게 보존되어야 한다.

더욱이 각종 연구과정에서 탐색, 선별된 미생물은 과거의 연구를 통하여 밝혀진 연구결과를 축적하고 있는 硏究産物이다. 이들 균주는 유용물질 생산에 바로 사용되거나 그 균주의 旣知의 연구결과를 바탕으로 계속적인 연구를 통하여 보다 쉽게 새로 운 사실은 밝혀 낼 수 있는 귀중한 연구소재이다. 따라서 균주의 보존은 미생물학의 기본이며 biotechnology 육성을 위하여 필수적인 중요한 사업이다.

오늘날 환경오염에 의한 生物 種의 소멸이 급속도로 진행되므로 국제적으로 生物多樣性保全에 노력하 고 있다. 현재 생물다양성 보전은 주로 동물, 식물을 중심으로 이루어지고 있으나 미생물 種의 다양성(microbial diversity)도 위협을 받고 있 다. 현재 약 4000種의 세균이 알려져 있으나 지구상에는 수십만 또는 수백만 심지어 수십억 種의 세균이 존재할 것으로 추정되 고 있어 자연계로부터 새로운 미생물의 확보는 우리의 도전이며, 차세대 생물산업의 발전을 위하여 未利用미생물 자원의 활용이 필수 불가결하 다. 앞으로 미생물 다양성 연구가 진행되면서 수많은 미생물이 분리되고 그 기능에 대한 연구가 활발히 추진될 것이므로 culture collection의 역할이 더욱 중요해지고 있다.

3. 한국종균협회의 현황

한국종균협회는 의학계, 생물학계 및 일부 산업계 저명인사들 구성되는 사단법인체로서 1967년 7월 21 일 정식으로 발족하고, 당년 12월 11일 과학기술처의 승인을 받았다.

설립목적은 정관에 밝혀져있는 것처럼 種菌의 연구 및 응용을 장려하고 그 수집, 보존, 교환 및 배포 에 관한 업무를 관장하며 미생물공업의 발전과 유해 미생물의 방역에 기여하고자 하는 것이다. 그러나 1969년부터 거의 활동은 정지되어 1972년 부터 연세대 의과대학 미생물학 교실로 자리를 옮겨 정부의 지원 없이 유준교수와 연구원들의 개인적인 헌신적 노력으로 7년동안 종균협 회의 명맥을 유지하여 왔다.

미생물학교실에서 더 이상 출혈을 할 수 없게 되어 1978년 6월 연세대학교 식품공학과(현 생명공학과) 로 자리를 옮겨 유주현 교수의 헌신적 노력으로 산업체 단체회원의 협조로 활성화되기 시작하여 20여년이 지난 오늘에 이르고 있다.

한편 특허균주의 기탁사업은 1978년부터 국내에서 최초로 시작하였으며 1981년에 한국종균협회와 유전 자은행이 특허청으로부터 공식적인 특허균주 기탁기관으로 지정 받으면서 이에 대한 업무를 본격화하였다.

미생물 보존, 분양업무가 활성화됨에 따라 한국종균협회는 부설 한국미생물보존센터(Korea culture center of microorganisms, KCCM)를 1989년 8월에 설치하고 균주의 보존업무를 전문화하였다.

1977년 4월 28일 헝가리의 부다페스트에서 「특허 수송상의 미생물의 기탁의 국제적 승인에 관한 부다 페스트조약」이 채택되었다. 이 조약이 체결되기 전에는 외국에 미생물 관련 특허를 출원할 때는 모든 출원하고자 하는 국가의 지정된 기 관에 미생물을 기탁하지 않으면 안되었으므로 출원인의 부담이 증가하고 수속이 복잡하여 많은 문제가 있었다. 부다페스트조약에 의하면 일정한 자격 을 갖춘 기탁기관이 국제기탁기관이 되고, 출원인은 어느 국제기탁기관의 한곳에만 미생물을 기탁하면 모든 조약 가맹국에 특허를 출원할 수 있다. 우리 나라는 1988년 3월 28일에 이 조약에 가입하였으며, 1990년 6월 WIPO로 부터 한국종균협회의 KCCM과 생명공학연구소의 유전자은행 이 국제기탁기관으로 공인 받았다. 따라서 외국에 미생물관련 특허를 출원할 때 우리 나라의 국제기탁기관의 한곳에만 특허미생물을 기탁하 면 외국에는 기탁할 필요 없다.

한국종균협회의 KCCM이 현재 보유하고 있는 표준균주는 2689주이며 보존하고 있는 특허기탁균주는 996 주이다. 그 외 자체적으로 탐색한 균주 1181주를 합하면 총 4866주를 보유하고 있다. 한편 최근 5년간 외국의 보존기관으로부터 균주를 구 입한 실적과 대학이나 산업체에 분양한 균주의 통계를 살펴보면 각각 표 1 및 표 2와 같다. 대부분의 표준균주는 ATCC와 IFO로 구입하고 있으며, 분양건수는 매년 지속적으로 증대하고 있어 국내에서 미생물 연구가 활성화되고 있음을 알 수 있다.

또한 특허균주의 기탁건수는 기탁제도가 도입된 후 최근 5년간의 통계 자료를 보면 계속 증가하고 있 는 실정이므로 이들 균주의 엄정한 관리체제가 요망된다.

Culture collection이 독자적인 유지관리비를 부담하는 경우와 기존의 타연구시설을 공통으로 사용하는 가에 따라 필요한 경비는 몇 배의 차이가 있다. 보존균주수가 1000주 이상의 규모인 경우 사업비는 1주당 10만원 ∼ 15만원이 필요 한 것으로 추정되고 있다. 이와 같은 계산을 하면 한국종균협회의 적정사업비는 5∼7억원이 필요하다. 그러나 현재 한국존균협회 사 업비는 적정사업비의 약 20%에 지나지 않는다.

또한 culture collection의 중요한 업무는 수탁, 보존, 분양, 연구이므로 연구자, 기술자, 사무직원의 구성비가 기관에 따라 다르나, 총 소요인원은 300株/人 정도가 적당한 것으로 추정된다. 이 기준에 의하면 종균협회가 필 요한 인원은 적어도 총 10名 이상이 되어야 하나 이 수준에 훨씬 미치지 못하는 열악한 실정이며, 전문인력의 확보도 시급한 과제이다.

한편 국내외 미생물보존기관의 현황을 표 3에 나타내었다. WFCC (World Federation for Culture Collection)에 등록된 culture collection은 58개국, 484개 기관이며 총등록된 균주수는 815,568주이다. 그러나 WFCC에 등록되지 않은 미생물 수를 고려하면 실제 각국의 공적보존기관에서 보유하고 있는 균주수는 수배에 달할 것이다. 우리 나라는 2개 기관이 등록된 것으로 나타나있으나 실제는 한국종균협회 미생물 보존센터(KCCM), 연세대학교 미생물보존센터(YCCM), 생명공학 연구소 유전자은행(KCTC), 한국식품개발연구원, 서울대학교 미생물균주센터(IMSUN) 등의 기관에서 약15,000주의 미생물을 보유하고 있는 것으로 추정된다.

4. 한국종균협회의 발전방향

우리 나라에서 공적인 culture collection의 시작은 외국에 비하여 日淺하며, 아직도 학계, 정부 및 관 련 공공기관에서 그 중요성에 대한 이해가 부족하여 culture collection은 규모가 작고 국가적인 지원체제가 부족하여 장기적 인 계획 하에 발전을 모색하기 곤란하고 균주관리 기술수준과 자체의 기술축적도 부족하며, 국제적 활동도 미약하여 정부, 학계 및 산업 계의 적극적인 관심이 촉구된다.

가. 국내 미생물보존기관 聯盟으로 기능강화

한국종균협회는 원래 우리 나라 각 보존기관을 횡적으로 연락하는 조직인 미생물보존연맹(federation of culture collection)의 임부를 하여야 하나 여러 가지 사정에 의하여 현재는 부설기관인 한국미생물보존센터를 중심으로한 자체 보존사업에만 역점을 두어왔다. 즉 과거에는 국내 공적인 미생물보존기관은 한국종균협회밖에 없었으며, 대학 및 산업체 collection이 미약하여 이들 의 상호연계가 실효성이 거의 없었다. 그러나 최근에는 생명공학연구의 활성화로 5개의 미생물보존기관이 운영되고 있고 산업체연구소에서도 상 당한 자체 collection을 확보하고 있다. 따라서 이들 국내미생물 보존기관의 공통의 발전을 모색하고 국제 생물다양성협약, 국제미생물 특 허 등에 적극 대응하기 위하여 미생물보존기관 상호간의 횡적인 협력을 도모하지 않으면 안되는 시점이다.

현재 세계미생물보존연맹(WFCC)은 국제미생물학회협회(IAMS)의 하부조직으로 1970년에 조직되었으며 현 재 58개국 484개 culture collection이 가입하였다. WFCC에 자극되어 1970년도 미국미생물보존연맹(U.S.FCC), 영국미생물보존연맹 (U.K.FCC)이 탄생되었으며 일본미생물보존연맹(JFCC)은 이를 보다 앞선 1951년 문부성 후원으로 탄생되었다.

KFCC는 현재 團體會員社 27개사 및 개인회원 101명을 확보하고 있다. 그러나 국내 collection을 횡적으 로 연결하고 이를 대변하는 協會로서 거듭나기 위해서는 가까운 시일 내에 협회 정관 및 운영세칙의 일부개정을 통하여 특 별규약에 의하여 국내대학, 공공연구소, 산업체 및 개인 collection을 회원으로 영입하여 다음과 같은 새로운 활동을 강화하여야 할 것이다.

1) 微生物 자원의 수집, 보존 및 이용 등에 관한 국가적 종합계획의 수립과 추진

2) 미생물주의 수집, 보존, 교환, 배포 등에 관한 collection간의 연락

3) 미생물주의 동정 및 보존방법 등에 관한 연구상의 연락

4) 미생물에 관한 정보의 수집, 데이터 베이스화, network의 정비

5) 국외 culture collection과의 연락 및 미생물다양성에 관한 국제협력에 대응

6) 미생물에 관한 연구회 및 강연회의 개최

미생물보존연맹의 기능을 강화하기 위하여 종균협회로서 시급한 과제는 유전자원에 대한 세계정세가 매 년 엄격해지고 nationalism이 강해지고 있으므로 필요한 미생물자원을 확보하기 위한 ① 탐색, 수집, 분포조사 등에 관한 국가적계획 수립과 국제협력의 강화, 국내보존기관 간의 협의를 통한 ② 분야별 보존센터로서 전문화 및 분담협력, 국내 보존미생물에 관한 ③ 정보의 총합 화, data base화 및 보존기관 간의 network구성, 미생물보존사업의 지속적 수행을 위한 ④ 정부의 經常的 자금지원을 위한 공동의 노 력 등일 것이다.

나. 미생물 보존기관으로의 운영체제정비

한국종균협회는 국내에서 가장 오랜 전통을 가진 culture collection의 역할을 수행하여 왔으나 선진국 의 culture collection에 비하면 매우 미약한 실정이다. 한국종균협회가 직면하고 있는 문제점으로 우리 나라 미생물 보존기관의 전체적인 문제점이라 하여도 과언은 아닐 것이다.

미생물보존기관으로서 문제점과 바람직한 기능을 기술하며, 이것이 곧 한국종균협회가 지향하는 발전방 향이다. 즉 한국종균협회는 보존기관으로서 고유한 기능인 균주의 ① 수집, ② 분류, 동정, ③ 보존 업무 외에 ④ 정보제공, 기술지도, 균주 분양 등 에 대한 요청에 대응하는 동시에 사업체로서 ⑤ 경제성과, 취급하는 균주에 대한 ⑥ 공정성, 정확성의 확보에 노력하지 않으면 안된다.

미생물보존기관으로서 바람직한 기능을 수행하기 위하여 방향은 다음과 같이 요약할 수 있다.

(1) 미생물의 分類學的 연구강화

수집된 균주 또는 기탁균주의 분류학적인 평가, 보존주가 속하는 種에 관한 새로운 형태적, 분류학적 인 수집, 평가, 생리생화학적 특성의 조사 및 자연계에서 분리한 새로운 미생물의 분류학적 연구를 강화하여야 한다.

물론 이를 위하여 분류동정 특히 화학적 분류를 위한 기기, 분자생물학적 분류용 최신 분석 기기를 확 보할 필요가 있다.

(2) Collection의 충실화

1) 菌株와 情報의 수집

현재 보유하고 있는 균주수가 선진제국의 culture collection에 비하여 미약하므로 ATCC 등 유수 외국 기관으로 부터 표준균주 구입, 연구소 및 개인 collection으로 부터 균주의 수집 및 변이주, 재조합 균주, 산업적 유용균주, 특 정 생명공학연구관련 균주 등 다각적으로 균주의 수집활동을 강화하여 한다.

동시에 해당 미생물에 관한 정보를 수집하는데 노력하여 단순히 분류학상의 지식 뿐만 아니라 그 이용 등을 포함하여 상세한 정보가 균주와 함께 수집, 정리하여 이용하기 편리하도록 정비하여야 한다.

특히 최근 자연환경의 파괴가 계속되고 있으므로 미생물의 다양성을 보존하기 위하여 자연계로부터 유 용미생물의 탐색을 강화하는 한편 단순히 순수 분리한 미생물 뿐만 아니라 미생물이 자라는 棲息源 또는 탐색원 자체도 수집 보존할 필요가 있다.

2) 장기 보존법의 확립

수집한 미생물을 반영구적으로 보존하는 것이 미생물 보존기관의 중심역할이다. 동결건조, L건조, 액체 질소 보존 등의 일반적인 장기보존법 뿐만 아니라 보존목적에 따라 어떤 형태나 기능을 확실하게 보존할 수 있는 방법의 개발에 노력하여야 한 다.

이를 위하여 저온실, 항온실, 냉동고 등의 自家發電回路의 정비 및 각종 온도관리를 위한 경보장치의 설치 등이 필요하다. 또한 만일의 사태에 대비하여 가능하면 複數의 장소에 보존할 필요가 있다.

(3) 利用서비스의 질적 충실화

1) 균주 및 정보의 제공

이용서비스의 첫째는 관련 연구자에게 보존미생물과 그에 대한 정보를 제공하는 것이다. 그러기 위해서 는 일반인이 목적하는 미생물을 쉽게 이용할 수 있는 computer system을 구축하여야 하며 구하고자 하는 균주에 대한 상세한 정보가 신속, 정 확하게 제공될 수 있도록 하여야 한다. 일반적으로 분양비용은 1주당 50,000원∼100,000원 정도이나 이것은 인건비 등 제비용을 고 려할 때 결코 비싼 가격은 아니다. 그러나 목적이 명확하여 사용하고자 하는 균주수가 적은 경우가 아니고 screening test를 위하 여 많은 균주를 구입할 경우는 비용이 높아진다.

앞으로 기능개선에 의하여 분양비용의 저렴화와 분양의뢰 수속의 간소화, 의뢰균주의 신속분양이 가능 한 체제를 조속히 정비하는 것이 중요하다.

2) 동정서비스

분류학이 발달된 오늘날의 기술을 이용하여 보다 상세한 분류, 동정 등 서비스를 기관의 전문가가 해주 는 시스템을 구축하면 culture collection이 보다 충실화되고 한층 더 보존기관의 중요성을 일반인이 인식하게 될 것이다. 현재 생명공 학연구소의 유전자은행에서 제한적인 동정서비스를 하고 있을 뿐이며, KCCM에서는 현재 동정시스템을 구축하고 있다.

앞으로 전문가 양성과 아울러 조언에 의한 동정지도, 동정실험지도, 동정수탁 등의 업무를 수행할 수 있는 체제를 갖추어야 한다.

3) 보존서비스와 새로운 균주유통시스템 구축

기업이나 개인의 collection은 연구에 중요한 균주, 표준균주, 각종시험균주의 보존을 주목적으로 하 고 있으나 경제적으로 큰 부담이 되는 경우가 많다. 그러므로 공적인 미생물보존기관은 앞으로 어떤 형태로든 각 기업, 각연구자의 연구 와 사업상 중요한 균주를 기탁 받거나 또는 보호예탁제도를 도입하여야 할 것이며, 보존기관과 사용자 사이에 새로운 유통시스템을 구축할 필요 가 있다. 이 경우 어느 일정한 기간동안 그 균주는 타인에게 제공하지 않는다는 것을 전제로 하므로 비밀유지와 엄정한 보존이 필수적이다. 이것 은 culture collection이 일반인들의 광범위한 이용을 목적하는 것과 모순되는 것 같으나 개인의 권리를 존중하는 동시에 미생물 이 인류공공의 재산이라 생각하면 공적기관에서 보존하는 것이 바람직하다. 그러므로 공정성을 확보하기 위하여 culture collection은 일반 연구기관과 는 달리 특정 연구기관에 속하지 않고 독립된 기관으로 존재할 필요가 있다.

엄정한 보존을 위하여 보존균주의 변이방지와 적정관리에 유의하여야 하며, 분류와 보존에 대한 전문 적 연구를 꾸준히 행하여 정확한 균주를 신속히 제공하는 시스템을 운영할 필요가 있다. 또한 균주보존실의 防犯대책이 중요하며 入退관리를 위 한 장치를 설치할 필요가 있다.

4) Screening collection의 운영

동정되지 않은 균주를 포함하여 다양한 균주를 가능한 많이 보유하여 외부연구자가 보관기관에 와서 screening을 행할 수 있는 screening collection을 운영하며, 균주는 연구자가 용이하게 access할 수 있도록 보존하여야 한다.

한국종균협회는 한국과학재단, 과학기술처 등 정부지원에 의하여 부분적으로 고온성균주, 호염성균주 및 열대 우림 미생물의 분리를 수행하고 있으며, 이를 종합하여 국내연구자를 위한 screening collection으로 제공할 준비를 하고 있다.

5) 사용자와의 연계강화

보존미생물은 보존기관과 사용자의 共有재산인 동시에 인류공통의 資産이다. 미생물을 사용하는 사람 은 culture collection 사업에 관심을 가지고 분양 받은 균주에 관한 data를 feed back하여 균주의 data base 구축에 적극 협조할 뿐만 아니라 자체 보유균주도 가능한 공적기관에 기탁하여 차세대에 건전하게 전달하여야 하는 책무를 느낄 수 있는 제도적 방법을 적 극적으로 검토하여야 할 것이다.

5. 결 언

Culture collection은 biotechnology에 필수적인 생물 재료를 수집, 평가, 보존, 공급한다는 측면에서 biotechnology의 중요한 infrastructure로서 국가적인 특별한 배려가 요청된다. 한국종균협회가 당면하고 있는 가장 큰 문 제는 미생물의 수집, 보존사업을 지속적으로 수행 할 수 있는 經常的 資金과 유능한 전문인력의 확보이다. 실제 미생물의 취급에 소요되 는 경비는 대부분 인건비로서 다른 과학기술진흥비에 비하여 소액이며, 차세대 biotechnology의 진흥을 위하여 미생물자원의 보존사업은 불가결하므로 정부관 련 부처, 공공단체 및 산업체의 특별한 자금지원이 요청되며, 人材확보를 위하여 종사자의 처우에 충분한 배려가 필요하다.

한편 한국종균협회는 균주를 보존하고 사용자의 의뢰를 받아 분양하는 소극적 자세에서 벗어나 전술한 다양한 서비스를 제공하고 적극적으로 연구와 산업체에 공헌할 수 있는 운영시스템의 구축에 노력하여야 할 것이다. 또한 미생물 보존 연맹으로 서 원래의 기능을 회복하기 위하여 국내 공적보존기관, 기업연구소 및 개인의 collection을 횡적으로 연결하여 공동의 발전을 도모하고 국제협력 을 강화하여야 할 것이며, 이를 위하여 미생물 관련 연구자들의 적극적인 관심과 참여가 필수적이다.