바이오인

[S&T DATA] 바이오 데이터 활용을 통한 넥스트 펜데믹 대응 전략

◈ 목차

1. DISCUSSION

 - 기상 데이터로 만드는 혁신

2. PEOPLE

 - 한 걸음 가까워진 우주를 향해 "담대하게 도전하고, 크게 꿈꾸라"

3. SPECIAL ISSUE

 - 빅데이터는 우주과학과 천문학의 백본(Back Bone)

 - 우주개발의 미래를 두고 벌이는 데이터 경쟁

 - 반도체 분야의 데이터 기반 승부

 - 바이오 데이터 활용을 통한 넥스트 팬데믹 대응 전략

 - 신소재 개발, 인공지능에 성패 달려

4. DEEP INSIGHT

 - 생성 AI 시대의 새로운 경쟁

 - CathGPT로 촉발된 MS와 구글의 AI 경쟁

5. GLOBAL TRENDS

 - 국내외 데이터 정책 동향

6. INSIDE

 - 스마트 환경을 만드는 AI 솔루션 리더

 - Offer Equal Welfare with Drone

 - KISTI+

◈본문

1. 끝나지 않은 팬데믹, 그리고 넥스트 팬데믹

전 세계를 강타한 코로나19 팬데믹은 아직도 진행 중이다. 국경봉쇄, 확진자 추적관리, 마스크의 일상화와 백신 여권 등 이전에는 없었던 새로운 생활을 경험하게 했으며, 1930년대 경제 대공황 이후 최악의 글로벌 경제위기를 초래하기도 하였다. 반면 온라인 화상회의 등 새로운업무 환경이 일상화되는 등 디지털 혁신의 가속화를 끌어내는 계기가 되기도 하였다.

코로나19 팬데믹 최악의 시기는 벗어났지만 신·변종 바이러스에 의한 넥스트 팬데믹은 인류의 지속가능성과 전 세계 공중보건을 지속적으로 위협할 가능성이 매우 높으며 바이오 혁신 기술에 기초하는 진단기술, 치료제 및 백신 연구를 통한 대비가 절실히 필요하다.

전 미국 국립보건원(NIH) 수장인 프랜시스 콜린은 코로나19 팬데믹의 교훈으로 향후 팬데믹 대응에 있어 바이오 기초연구 전 분야의 투자와 전략적인 R&D 협력, 연구결과의 신속한 임상을 제안하였으며, 무엇보다도 신속한 데이터의 공개와 공유의 중요성에 대해서 강조하였다(Francis Collins 등, 2023).

실제 코로나바이러스는 인간을 포함하는 포유류에 쉽게 감염되는 호흡기질환의 원인 바이러스로, 계절성 감기의 10~20%를 차지한다. 바이러스의 유전자 변이에 의해서 중증호흡기질환 및 폐렴의 원인이 되며 현재까지 SARS-CoV(2003년), HCoV NL63(2004년), HKU1(2005년), MERS-CoV(2012년), 그리고 이번 COVID-19(SARS-CoV-2)가 출현하였다. 감염병 연구 분야에서 코로나바이러스에 관련된 연구논문은 2019년 이전에 1,000여 편 이었던 것에 반해, 팬데믹을 거친 지난 3년간 25만 편 이상의 연구 결과가 출판되었다(Nature Medicine, 2022). 뿐만아니라, 작년까지 전 세계적으로 수집된 코로나19 바이러스의 유전체 서열 데이터는 800만 건 이상 보고되었으며, 치료제와 백신에 대한연구 데이터, 임상 시험 데이터, 감염 환자의 임상데이터 등 다양한 감염병 데이터들이 집대성되고 있다. 인류는 유례없는 팬데믹을 겪으면서다음 감염병과의 전쟁을 준비하기 위한 최고의 실전 경험으로서 방대한 감염병 연구 데이터를 부수적으로 손에 넣은 셈이다.

정부는 최근 국민 일상 회복을 지원하고 신종 감염병 대응 체계 고도화를 통해 글로벌 보건의료 협력을 선도해나가는 전략을 발표했다(질병관리청, 신종감염병 팬데믹 대비 중장기 계획, 2023.5.). 신종 감염병 팬데믹 위기시 유행 100일 이내 백신, 200일 이내 치료제를 확보, mRNA 등 첨단 감염병 대응 기술을 구축한다는 계획을 포함한다.

코로나19는 감염의 전파와 높은 사망률도 이례적이었지만, 감염병 유행 기간 내에 백신이 개발되어 사용된 첫 번째 팬데믹이도 하다. 기존백신이 통상 10~15년 가까운 개발 기간이 걸린 데 반해 mRNA 백신은 임상승인까지 8개월이 소요되어 감염병 대응 일선에 활용되었다. 신속한 백신의 상용화에 기여한 원인에는 여러 가지가 있겠지만, 바이러스 유전체 데이터의 신속한 공개, 빅데이터와 인공지능이 바이오에 적용된 합성생물학 기술 등을 들 수 있다.

코로나19 팬데믹은 바이오의 빅데이터와 인공지능으로 대변되는 데이터 과학의 중요성을 증명해 낸 사례라 해도 과언이 아닐 것이다. 신속하고 빠른 넥스트 팬데믹 대응의 중심에는 바이오 연구 분야의 디지털 전환과 혁신이 무엇보다 중요할 것이다.

2. 바이오 디지털 전환과 감염병 대응 기술

신약으로 대변되는 바이오 연구의 고질적인 한계로 오랜 연구개발 기간, 높은 비용과 높은 실패 확률 등의 비효율성을 들 수 있다. 이를 극복하기 위해 정부는 데이터 기반의 새로운 연구 패러다임으로서 바이오의 디지털 전환을 정책적으로 추진하고 있다. 바이오와 인공지능, 디지털트윈 및 빅데이터 등과 같은 디지털 기술과 융합되어 R&D의 대전환과 혁신을 도모하기 위한 것으로, 디지털 기술과의 융합으로 과거에는 불가능했던 연구와 새로운 산업을 창출하고 연구 효율성과 생산성을 극대화할 수 있는 플랫폼과 인프라 구축을 통해 바이오 원천기술을 반도체, 이차전지와 같은 기술패권 시대의 협상카드로서 전략기술화한다는 것이다.

정부는 바이오 디지털 융합의 대표적인 분야인 합성생물학을 육성하여 연구효율과 생산성을 촉진하고 바이오파운드리(Bio-foundry)를 통해 바이오 분야의 제조 혁신 주도, 신약 개발 시간 단축 및 효율을 높이기 위한 AI 신약개발, 바이오 데이터의 생산·공유·활용을 위한 공공 플랫폼 구축에 집중 투자한다고 밝힌 바 있다. 이는 바이오산업의 경쟁력 확보뿐 아니라 고령화, 기후변화, 환경문제 및 신·변종 팬데믹과 같은 글로벌 난제를 해결할 수 있는 데이터 기반의 연구가 중요한 역할을 할 것을 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이 코로나19 팬데믹은 다양한 디지털 기술을 시험해 보고 그 효용성을 입증하는 계기가 되었다.

감염병의 방역을 위해서 바이오 기술은 ①신뢰도 높은 진단 기술을 통해 신속한 감염원의 격리 ②치료제를 통해 고위험군 환자를 포함한 확진자 관리 ③백신을 이용한 예방과 집단 면역체계 구축에 핵심적으로 활용된다.

2019년 우한에서 발생한 폐렴인 코로나19의 원인 바이러스 Sars-CoV-2의 유전체 데이터가 신속하게 공개되었고, 유전자와 바이러스 단백질을 검출하는 분자진단 및 신속항원진단 기기들이 대대적으로 개발되어 K-방역 등 우리나라의 바이오 기술의 우수성을 입증한 바 있다. 치료제의 경우, 신약 개발의 효율을 높이는 방안으로 제안되었던 약물 재배치(Drug Repositioning)와 AI 신약개발 기법이 활용되었다.

‘약물 재배치’ 또는 ‘약물 재창출’이란, 이미 신약으로 승인되어 안전성이 입증된 약물 또는 임상시험에서 안전성은 검증되었지만, 효능 문제로 최종적으로 임상 승인을 받지 못한 약물을 대상으로 새로운 질환의 치료제로서 가치를 찾는 신약 개발의 방법이다. 팬데믹 초기 코로나19 치료제로 활용된 렘데시비르(Remdesivir)가 에볼라 치료제를 코로나19 치료제로 활용한 대표적인 약물 재배치 사례이다. AI 신약개발은대표적 AI 신약개발 기업인 베네볼런트AI(BenevolentAI)가 발굴해 낸 류머티즘성 관절염 치료제 ‘올루미언트(Olumiant)’가 코로나19의 치료제 승인된 바 있다.

코로나19 팬데믹이 이끌어낸 감염병 대응 체계의 가장 큰 변화는 mRNA 백신의 상용화이다. mRNA 백신 개발 성공에는 다양한 이유가 있지만, 바이러스 염기서열 분석의 데이터과학, 인공지능을 이용한 백신 후보물질의 설계, 합성생물학과 바이오파운드리를 통해 대량의 임상후보물질의 제작 공급이 이루어진 것을 들 수 있다. 실제 mRNA 백신을 가장 먼저 공급한 모더나는 합성생물학 전문기업인 징코 바이오웍스(Ginko Bioworks)와 협업과 mRNA 백신을 효과적으로 전달할 수있는 지질나노입자 등 바이오, IT, 나노 기술의 융합을 성공의 요인이라 강조했다.

합성생물학은 인공적으로 생명 시스템을 설계하고 제작하며, 생명 시스템을 재설계하여 활용하는 학문으로 유전체 기술과 데이터 분석 시스템의 고도화로 세계적으로 주목받는 분야이다. 특히, 인공지능과 로보틱스를 활용하여 합성생물학의 핵심 원리인 ‘설계-제작-시험-학습(Design-Build-Test-Learn, DBTL)’ 순환 과정을 자동화하는 바이오파운드리로 구현되고 있다. 또한 감염병 대응 기술 개발을 가속화·상용화하기 위한 제조 기반을 구축하는 디지털 바이오의 핵심 플랫폼이며, 이러한 중요성 때문에 미국의 바이오제조이니셔티브 등 선진국에서는 합성생물학에 전폭적인 지원을 하고 있다.

3. 팬데믹 100일 전략, 감염병 데이터와 디지털 전임상 플랫폼

감염병 대응 시나리오로 신속한 감염원의 분리와 유전체 서열 데이터 공유, 진단, 치료제, 백신 개발을 위한 바이오 혁신기술 도입, 원스탑의 전임상 평가 지원, 신속한 임상 설계를 통해 감염병 대응 체계를 100일 이내에 준비하는 것이 제안되고 있다.

특히, 치료제와 백신의 신속한 개발을 위해서 감염병 대응 약물 은행과 유효성 독성 등의 데이터베이스가 구축되어야 하며, 전주기 전임상평가 수행을 위한 지원체계가 뒷받침되어야 한다. 이를 위해 과기정통부에서는 국가전임상지원센터를 설치하여 운영하고 있으며, 연구현장과 민간 기업의 감염병 대응 기술의 신속한 유효성 평가와 안전성 평가를 지원하고 있다(그림 1). 이와 더불어 기존의 코로나19 대응 시에생산된 데이터와 넥스트 팬데믹 가능성이 있는 감염원에 대한 모의훈련을 통해 축적되는 데이터는 향후 발생하는 감염병 대응의 기초자료로 활용하는 디지털전임상플랫폼이 구축되어 보다 안정적이고 신속한 감염병 대응 체계를 통해 국민 생활 안전에 기여할 것으로 기대된다.

코로나19 팬데믹 감염병 연구를 통해 축적된 방대한 데이터는 향후 감염병의 불확실성을 극복하고 최적의 대응 전략을 최단 시간에 도출하는 감염병 대응 100일 전략의 중심에 있는 바이오의 디지털 혁신을 끌어내는 최고의 유산인 것이다.

...................(계속)

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