바이오인

1. 개요

바이오파운드리(Biofoundry)는 컴퓨터 기반 설계, 인공지능, 빅데이터, 자동화 등의 기술을 합성생물학 기술개발 단계에서부터 상업화까지의 과정에 적용하여 바이오산업을 혁신적으로 가속화하기 위해 제안된 기반시스템 이다. 합성생물학 Design-Build-Test-Learn (DBTL) cycle을 중심으로 한 바이오파운드리는 한정된 연구인력으로 인공지능 및 기계학습을 통해 대량의 바이오데이터로부터 유용 유전자원을 설계하고 이를 바이오산업에 활용 가능한 실물유전자원화로 전환을 가능케한다. 또한, 바이오파운드리를 위해 개발된 표준화 및 규격화된 바이오부품과 설계 기법은 생명공학 및 의학분야에서 사용되는 다수의 생물시스템의 재현성과 예측가능성을 높여 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

바이오파운드리는 생산성과 비용 면에서도 혁신적인 플랫폼인데, 영국 Edinburgh Genome Foundry는 최대 100배 저렴한 비용으로 DNA 어셈블리를 수행할 수 있다고 보고하였고,【1】 미국 Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing(iBioFAB) 파운드리는 400개 이상의 transcription activator-like effector nuclease (TALEN) construct를 17시간동안 하나의 construct당 2.1 달러의 비용으로 합성할 수 있다.【2】 현재까지 미국, 영국, 중국, 일본, 싱가포르, 캐나다와 호주에 현재까지 16개 이상의 비영리 바이오파운드리가 설립되었으며, 최근에는 Global Biofoundries Alliance(GBA)를 조직하여 국제적인 발전을 도모하고 있다. 한국에서도 한국생명공학연구원-카이스트 컨소시움으로 K-바이오파운드리를 설립하고 GBA에 참여하고 있다. 이번 기고에서는 전세계의 바이오파운드리의 규모, 역할, 설비 등 대해 알아보고 글로벌 동향과 연구에서 뒤쳐지지 않기 위해 취해야 할 자세에는 무엇이 있는지 알아보려 한다.

2. 글로벌 바이오파운드리 동향

2.1 미주지역의 바이오파운드리

Agile Bio Foundry (ABF)

2016년 미국 Department of Energy(DOE) 산하 Bioenergy Technologies Office(BETO)에서는 300백만 달러의 기금을 9개의 DOE 국립 실험실에 투자하여 바이오파운드리의 설립 및 개념 증명을 시도하였는데, 이후 산업계의 의견을 반영하여 2,000만 달러의 기금을 추가로 투입해 Agile Bio Foundry consortium(ABF)을 설립하였다.【3】

ABF의 가장 큰 목적은 많은 시간과 비용이 소요되던 생리 활성 물질 상용화의 비용과 기간을 절반으로 경감하는데 있다. 예를 들어 평균적으로 1억 달러 이상의 비용으로 10년 이상의 연구개발이 필요하던 【1,3】-propandiol, artemisinin【4】 등의 고부가가치 바이오 화합물 의 상용화 기간을 5년, 비용을 2,500만 달러 수준으로 절감한다는 정량적인 목표를 가지고 있다.

ABF는 총 12개의 연구실로 구성되어 있으며, 여러 가지 설계 소프트웨어를 통합한 DIVAbioCAD 소프트웨어를 기반으로 한 설계 기술, DNA 합성/어셈블리/도입을 위한 설비, 단백체(proteome)와 대사체(metabolome)을 분석을 위한 분석기기와 기계학습 기반의 결과 분석 시스템을 통하여 연구를 진행하고 있다(그림 1).

그림 1. Agile Bio Foundry의 DBTL 연구개발 역량. Image from https://agilebiofoundry.org/capabilities/

현재 ABF는 1년 이상 소요되던 DBTL cycle 순환 프로세스를 6개월로 경감하여 연간 약 75,000개의 균주를 분석하는 수준에 도달하였다.