바이오인

합성생물학의 핵심 허브 : 바이오파운드리

◈ 목차

⑴ 개요
⑵ 바이오파운드리란
⑶ 바이오파운드리 생태계
⑷ 바이오파운드리를 위한 국제적 연합
⑸ 바이오파운드리 구축 동향
⑹ 향후 전망

◈본문

개요

인공지능과 데이터, 로봇 등 첨단 디지털 기술과 융합된 바이오기술의 패러다임이 급속히 변하고 있다. 이 변화의 중심엔 주목해야 할 기술이 있다. 2000년 초반에 본격적인 개념정립이 시작된 합성생물학 기술이다. 개별적인 부품들을 조립하여 자동차를 제조하듯, 합성생물학은 생명과학에 공학적 개념 도입했다. 즉, 표준화된 바이오부품을 이용하여 새로운 생물 구성요소 및 게놈으로 대표되는 바이오 시스템 자체를 합성한다. 생명정보와 유전자 등 생물 구성요소를 이용하여 존재하는 생명체를 모방 혹은 변형하거나, 기존에 존재하지 않는 생명체 구성요소와 시스템을 설계 및 구축하는 디지털기술에 기반한 혁신적인 접근방식으로, 합성생물학은 화학, 의료, 농업, 식품 및 환경 문제에 대한 새로운 해결책을 제공할 수 있는 바이오 경제의 핵심 기술로 인식되고 있다. 현재 비교적 단순한 미생물의 경우 인공적 제작이 가능한 단계까지 발전한 합성생물학은 바이오파운드리의 도입으로 바이오 연구의 오랜 난제인 속도, 규모, 불확실성 한계의 극복을 통해 바이오 제조 혁명을 견인하여 혁신이 가속화될 전망이다.

바이오파운드리란

바이오파운드리는 합성생물학에 로봇·AI를 도입하여 새로운 바이오 시스템 제작을 위한 설계(Design)-제작(Build)-시험(Test)-학습(Learn)의 각 단계를 자동화 및 고속·고처리량으로 구동하는 시스템이다. 바이오파운드리는 고속액체처리장비, 분석장비 등 다양한 바이오관련 장비의 단순한 나열인 바이오코어 시설을 의미하지 않는다. 정밀한 바이오 시스템 설계기술이 포함되고 도출된 설계 논리에 따라 최종 바이오 시스템을 실물화하기 위해 DNA 합성 및 조립에서부터 제작된 바이오 시스템의 성능을 고속·대용량으로 테스트하는 장비를 연결·구동하는 자동화 소프트웨어, 인력 및 바이오데이터 관리 시스템 등을 포함하는 매우 고도화된 바이오 인프라 시설이다. 특히, 바이오 연구개발에 요구되는 반복 노동업무를 자동화하고 처리량을 극대화시켜 기존 기술로는 불가능한 규모의 바이오 R&D를 현실화한다. 현재는 운영 주체에 따라 공공과 민간 바이오파운드리로 구분하고 있으며, 미국의 Ginkgo Bioworks 등 소수의 민간 바이오파운드리를 제외하면 대부분의 국가에서 공공 바이오파운드리의 형태로 구축 및 운영하고 있다.

바이오파운드리는 DBTL 사이클의 반복 순환을 통해 바이오 연구의 재현성을 확보하고 바이오 제조에 필요한 정량적 정밀도를 극대화한다. 컴퓨터 모델링 및 AI 기반 인공유전체의 설계, DNA 합성 및 어셈블리를 통한 바이오부품 및 회로의 대량생산, 로봇공학 기반 자동화 및

고속·대용량 분석을 통해 설계-제조-활용이 분리되어 직렬적 연구수행과정에서 병렬적 연구수행으로 전환이 가능해져 합성생물학 기반의 연구들은 더욱 가속화·대량화된다. 또한, 바이오파운드리는 모듈형태로 기능을 재구성하여 다양한 워크플로를 구현할 수 있는 유연함을

갖고 있으며 고도화된 자동화 소프트웨어는 이를 지원한다. 바이오 연구 및 산업적 응용을 넘어 사회문제 해결에 민감한 대응이 가능한데 대표적인 예로 런던 공공 바이오파운드리는 사스 바이러스 변이체의 고처리량 진단 워크플로를 구성하여 공공기능의 유연함을 증명했다.

이러한 장점으로 북미, 유럽 및 아시아 태평양 지역에 공공 및 민간 바이오파운드리가 설립되면서 바이오기술의 새로운 패러다임 변화를 주도하고 있다.

...................(계속)

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