바이오인

[과학기술&ICT 정책·기술 동향 261호] 합성생물학 및 바이오파운드리의 글로벌 동향과 시사점

◈ 목차

• 1.이슈 분석

• 2.주요 동향

• 3.단신 동향

• 4.주요 통계

◈본문

• 1.합성생물학 기술의 개요, 시장규모 및 전망

• ○바이오기술은 인류가 당면한 문제 해결에 높은 잠재력을 가진 유망 분야이나 동시에 취약 분야이기도 함

• ╺︎생명현상의 복잡성과 다양성으로 인해 기술 개발에 오랜 시간과 많은 비용이 소요됨
  

• ╺︎바이오기술의 글로벌 경제 파급효과는 향후 10~20년 간 약 4조 달러로 예측됨

• ○합성생물학은 바이오연구에 공학적 방법을 도입하여 낮은 재현성, 데이터 해석 및 예측의 어려움, 복잡한 실험 과정 등을 극복하여 기술 개발 기간과 비용을 획기적으로 단축시킬 수 있는 혁신 기술임

• ○합성생물학은 생명체의 모든 정보가 코딩되어 있는 DNA를 바이오부품으로 표준화하여 논리회로를 설계하고 합성하여 자연에 존재하지 않는 생물학적 기능을 구현하거나 기존 생명체를 재설계하는 기술로 정의됨

• ╺︎유전체 기반 기술의 발전과 데이터 축적은 유전체의 해독(Read)에서 합성 (Write)으로 생명과학의 패러다임 전환을 유발함
  

• ╺︎인간게놈 프로젝트(Genome Projects, 1990~2003) 이후 인간게놈합성 프로젝트 (Genome Project-Write, 2016~2025) 추진으로 생명현상 이해에서 나아가 유용한 기능을 설계하여 합성하는 단계에 진입하였음

• ○현재 합성생물학 기술을 이용해 세균과 효모와 같은 미생물의 제작이 가능한 단계까지 발전함

• ╺︎2021년 합성생물학자들은 세계 최소(最小)의 유전체를 가진 인공세균, ‘JCVI-syn3’을 설계하여 합성하는 데 성공하였는데, 이는 492개의 유전자로 구성되어 있고 정상적으로 생존할 뿐만 아니라 증식까지 하는 진정한 최소유전체 인공세균임

• ○최근 미국 바이든 행정부는 일자리 창출, 소득 균형, 국가 안보를 위한 핵심 돌파형 기술로 인공지능과 합성생물학을 명시함

• ╺︎미국 의회는 다가오는 바이오시대를 선도하기 위해 ‘바이오신기술에 관한 국가안보위원회’의 설립3)과 종합적인 정책을 개발하도록 함
  

• ╺︎‘바이오신기술에 관한 국가안보위원회’는 미국 의회와 행정부가 연구비 지원 및 투자 시 합성생물학 및 바이오제조를 우선순위에 둘 것을 촉구

• ○글로벌 합성생물학 시장 규모는 ’21년 약 101억 달러 규모에서 ’31년 약 717억 달러 규모로 약 7.1배 성장 전망

• ╺︎글로벌 바이오산업 시장에서 합성생물학 시장은 ’21년 약 1.6%~1.7%, ’31년 약 5.5%∼5.9%를 차지할 것으로 전망
  

• ╺︎국내 합성생물학 시장은 ’21년 약 1.2억 달러에서 ’31년 17억 달러 규모로 약 14.6배 성장 전망

• 2.합성생물학 기술 혁신의 가속화를 위한 바이오파운드리

• ○합성생물학의 작동원리는 공학 분야에서 일반적으로 사용하는 설계-제작-시험학습(Design-Build-Test-Learn, DBTL)의 순환공정으로, 이를 빠른 시일 내에 반복하여 완성된 생명시스템을 최종 제작함

• ╺︎기존 바이오연구의 낮은 재현성과 복잡한 실험과정은 연구자들에 의한 소규모의 DBTL 순환공정으로는 극복이 불가하여 대규모의 DBTL 순환공정을 빠르게 수행할 수 있는 인프라가 필요함

• ○바이오파운드리는 합성생물학 연구와 응용을 활성화하기 위해 인공유전체, 유전자회로 등을 신속하게 DBTL을 대규모로 자동 반복하여 강력한 엔지니어링 수단을 제공해주는 인프라 시설임

• ╺︎바이오파운드리는 작은 규모의 실험을 매우 느린 속도로 진행되는 바이오연구의 오랜 난제를 DBTL 순환공정의 자동화, 고속화, 고집적화로 극복하여 바이오 기술의 산업화를 가속화할 수 있는 혁신 플랫폼으로 발전하고 있음

< 바이오파운드리와 바이오제조 >

• ○미국, 영국, 중국을 중심으로 국가 차원에서 공공 바이오파운드리 구축과 활용을 경쟁적으로 추진하고 있으며, 특히 미국은 민간 바이오파운드리 회사인 깅코 바이오웍스(Ginko Bioworks)가 급성장하고 있음

• ╺︎미국은 국방부(DOD)와 고등연구계획국(DARPA)을 중심으로 바이오파운드리에 집중 투자 중이며, 캘리포니아와 보스턴 클러스터를 거점으로 약 300개 이상의 합성생물학 기업을 육성하고 있음
  

• ╺︎영국은 2005년부터 정부 주도의 합성생물학 육성 정책과 함께 6곳 이상의 첨단 바이오파운드리 거점을 육성하고 있음
  

• ╺︎중국은 선전에 대규모 바이오파운드리 전용 건물 건설을 포함한 거대 바이오 파운드리 클러스터를 구축함

• ○미국의 민간 바이오파운드리는 뛰어난 속도와 효율로 그 효용성을 증명하여 본격적으로 기술 개발과 사업 성과를 도출하고 있음

• ╺︎깅코 바이오웍스는 모더나(Moderna)의 mRNA 백신 생산 원료와 효소를 확보하여 코로나19 백신 생산과 공급 기간 단축에 크게 기여함
  

• ╺︎아미리스(Amyris)는 바이오파운드리 도입 전 말라리아 치료제로 사용되는 아르테미시닌(Artemisinin) 산업화에 10년이 소요되었으나, 자체 바이오파운드리 도입 후 7년간 15개의 물질을 상용화하는 데 성공함

• ○국내는 현재 공공 바이오파운드리는 미구축 상태이고, 민간 바이오파운드리로 CJ제일제당이 고성능 미생물 균주개발 및 발효공정 스케일업을 위한 바이오자동화 연구를 수행하고 있으며, 에이블랩스(ABLE Labs)가 바이오파운드리에 활용되는 자동화 하드웨어와 소프트웨어 개발업체로 성장하고 있음

...................(계속)

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