바이오인

바이오파운드리 동향 

1. 개요

  금속을 녹여서 주형에 붓고 주물을 만드는 공장에서 유래한 파운드리 (foundry)라는 용어는 우리에게는 반도체나 반도체를 활용한 제품을 만드는 공장으로 더 익숙하다. 바이오파운드리는 바이오 관련 제품을 만드는 공장이라고 직관적으로 이해할 수 있으나 식품과 같은 먹거리를 생산하는 공장의 모습은 아니다. 다양한 연구 장비들이 즐비한 생물학 연구실과 좀 더 가깝고 공장과 유사한 운영방식으로 실험 데이터를 빠르게 생산하는 시스템으로 이해할 수 있다. 17세기 이후 발생한 산업혁명들과 비교하면 바이오파운드리 기술이 산업혁명을 촉발시킨 핵심 기술들과 유사한 점을 찾을 수 있다. 1차 산업혁명은 증기기관이 도입되어 노동 생산성을 약 3배 증가시키며 기존 노동력 기반의 산업에서 혁신을 일으켰고 2차 산업 혁명에서는 전기의 도입과 공장 컨베이어 생산 방식의 변화를 통해 생산성을 획기적으로 향상시켰다.

  3차 산업혁명은 컴퓨터의 출현으로 공장 제어를 통한 생산성 향상을 이루어냈다. 즉, 1차부터 3차까지의 산업혁명이 모두 기술적 진보에 의한 공장에서의 생산성 향상에 의해 가능했다는 점이다. 바이오파운드리도 같은 맥락으로 이해할 수 있다. 바이오파운드리에서 생산되는 고품질의 대규모 실험 데이터가 축적되면 산업혁명에 버금가는 파급력을 예상을 할 수도 있다. 본 글에서는 바이오파운드리의 출현 배경과 차이점 그리고 핵심 구성 기술들을 살펴보고 후발 주자로서 우리가 준비할 것들은 무엇이 있는지 고찰해 보고자 한다.

Figure 1 산업혁명의 주요 기술과 생물학 실험 데이터 생산을 위한 Biofoundry

2. 출현 배경

  바이오파운드리의 출현 배경을 이해하기 위해서는 합성생물학의 개념과 역사를 이해하는 것이 필요하다. 전통적인 생물학 연구는 미지의 생명 현상에 대한 새로운 이론들을 계속해서 찾아가는 발견의 연구이다.

  그러나 합성생물학은 기원전부터 이어온 관찰과 발견에 기반한 생물학 연구의 페러다임을 발명으로 바꾸어 놓았다. 1996년 Next generation sequencing (NGS) 기술과 고속 NGS 장비가 (Roche, 2005) 개발되면서 인간을 포함한 다양한 생명체에 대한 DNA 서열의 해독과 발현을 대규모로 정량화할 수 있게 되었다. 풍부한 데이터의 공급으로 계산 기반의 생물정보학이나 다양한 생체물질들의 상호작용을 연구하는 시스템생물학이 발전하게 되었고 생체 네트워크를 “회로”에 비유하고 단백질 네트워크를 제어하여 생체 기능을 제어하려는 연구가 시도되었다.【1】 그러나 높은 복잡도를 갖는 생물시스템에서 위와 같은 reverse engineering 방식의 접근은 관측 데이터에 비해 상대적으로 많은 파라미터들을 추정해야하는 한계가 있었고 이에 bottom-up 방식의 전략으로 한 두 개의 유전자 부품으로 이루어진 간단한 유전자회로를 만들어서 예측 가능한 생물학적 기능을 수행하는 합성생물학 연구가 시작 되었다.【2】

 합성생물학의 부품-회로 개념은 젊은 공학도들의 호기심을 자극하기에 충분했고 2004년 시작된 International Genetically Engineered Machine (iGEM, https://igem.org/) 경진대회는 2018년 42개국 5,000명 이상의 연구자들이 참가할 정도의 대규모 대회로 발전했다. iGEM 팀들은 사회나, 산업, 환경에 이슈가 되는 주제를 선정하고 문제를 해결할 수 있는 유전자회로를 설계하여 Registry of standard biological parts (Part Registry) 라는 곳에 주문서를 보내면 실물 DNA 부품과 조립 방법을 받을 수 있다. 학생들은 주어진 기간 동안 실제로 유전자회로 기반의 솔루션을 만들고 효과의 검증을 진행한다. 예를 들어 2016년 시드니대학의 iGEM 참가팀은 소비자들이 보다 싱싱한 과일을 구매할 수 있도록 과일의 숙성도를 감지하는 유전자센서 스티커를 과일에 부착하는 아이디어를 구현해서 우승을 차지했다 (http://2016.igem.org/Team:Sydney_Australia).