바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-76 의약산업 및 친환경화학에 큰 공헌을 한 유기촉매기술, 2021년 노벨화학상 수상 ◇ 노벨상위원회, 분자구성을 위한 보다 정확하고 새로운 유기촉매를 개발 하여 의약산업 및 친환경화학 연구에 기여한 2명의 과학자를 2021년 노벨화학상 수상자로 선정 ▸주요 출처 : 스웨덴 왕립과학원 노벨상 위원회, Press release & POPULAR SCIENCE BACKGROUND, The Nobel Prize in Chemistry 2021, 20212.10 ▣ 2명의 과학자는 유기물질(아미노산과 이미늄이온 형성)을 활용, 새로운 분자 구축을 위한 독창적인 도구인 ‘유기촉매(organocatalyst)’를 개발 ※ 수상명 : “for the development of asymmetric organocatalysis”_An ingenious tool for building molecules ○ Benjamin List(독일 막스플랑크 교수)와 David MacMillan(미국 프린스턴대 교수)*는 기존 촉매인 효소나 금속 촉매를 대체하여 보다 정확하고, 친환경적인 유기촉매를 개발 - (List) 아미노산 중 하나인 ‘proline’을 사용, 기존 촉매인 효소를 구성하는 아미노산 자체만으로도 촉매 역할을 할지? 그리고 효소 내(內)가 아닌 분리된 상태에서도 촉매로 역할을 할지에 대한 학문적 탐구에서 출발 (1) Benjamin List 교수의 기술 개요 (개념)아미노산의 하나인 ‘proline’을 사용, 화학반응을 통해 비대칭 촉매로 작용(특징)‘proline’이 가지고 있는 질소 원자가 전자를 주고받는 과정에서 특정 분야원하는 분자만 생산할 수 있도록 함출처 : Press release, The Nobel Prize in Chemistry 2021, 20212.10 - (MacMillan) 기존 금속촉매를 활용한 반응은 다양하나, 수분에 매우 민감하고 비싼 가격으로 산업에서

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-75 네이처 인덱스 선정, 2021 과학도시 ◇ 네이처 인덱스는 세계 주요 도시들의 과학기술 경쟁력을 살펴볼 수 있는 ‘2021년 과학도시(Science cities)’를 발간. 베이징이 세계 1위의 과학도시로 선정되었으며, 미국, 중국, 독일, 영국의 주요 도시들이 포함. 또한 UN의 17개 지속가능발전목표(SDGs)에 대한 주요 도시들의 연구 현황을 조사하였는데 여기에서도 베이징이 1위를 차지▸주요 출처: Nature Index(www.natureindex.com), Nature Index 2021 Science cities, 2021.9.24.; Nature Index, Tracking 20 leading cities’ Sustainable Development Goals research, 2021.9.24▣ 세계 주요 도시들의 과학기술 경쟁력을 비교할 수 있는 네이처 인덱스(Nature Index)의 ‘과학도시 2021’에서 중국 베이징이 1위를 차지 ○ 네이처 인덱스는 2020년 논문 점유율(Share)을 기준으로 세계 200대 도시를 선정하고 순위를 발표 - 중국의 베이징이 1위를 차지, 미국의 뉴욕, 보스턴, 샌프란시스코가 2∼4위를, 중국 상하이가 5위를 차지 순위도시명소속국가Share 2020Count 20201Beijing중국2,895.376,4522New York metropolitan area미국2,141.105,0793Boston metropolitan area미국1,861.134,2804San Francisco Bay Area미국1,742.714,0775Shanghai중국1,591.953,4686Baltimore - Washington미국1,394.253,7587Tokyo metropolitan area일본1,278.852,8258Nanjing중국1,001.692,1259Paris metropolitan area프랑스983

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-74 14일 규칙 완화 이후 인간 배아줄기세포 연구방향 ◇ 인간배아 체외 배양기간 ‘14일 규칙(14-day rule)’ 완화를 골자로 한 줄기세포 가이드라인 개정안 제시 후 향후 인간 배아줄기세포의 연구 방향을 제시 ▸주요 출처 : Nature, What's next for lab-grown human embryos?, 2021.8., iScience, Translating Embryogenesis to Generate Organoids : Novel Approaches to Personalized Medicine, 2020. 9. 등 ▣ 국제줄기세포학회(ISSCR), 과학기술 발전에 맞추어 ‘14일 규칙(14-day rule)’을 완화하기로 하는 등의 새로운 가이드라인*을 제시(2021.5) * Guidelines for the Field of Stem Cell Research and Regenerative Medicine ○ 완화된 규칙은 인간배아 연구를 수정 후 14일 이상 지속할 수 있는 허가를 신청할 수 있도록 허용 ※ 가이드라인에는 인간배아, 줄기세포 기반 배아 모델, 키메라, 오가노이드 및 유전자 편집과 관련된 최근 과학기술 발전을 다루는 새로운 권장 사항이 포함 ○ 이를 통해 수정 후 약 1주일이 지나 배아가 정상적으로 자궁에 착상된 후 벌어지는 인간배아 발달 과정을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대 - 인간배아는 수정 후 14일∼22일 사이에 낭배 형성(gastrulation)*이라는 단계를 거치면서 신체의 주요 패턴이 나타나고 기초적인 장기가 생성 * 초기 발생 중 특정 조직, 장기로의 운명을 결정짓는 대대적인 세포의 이동 과정(위키백과) ○ 임신 중 배아발달 과정에서 발생할 것으로 예측되는 수많은 선천적 기형을 더 잘 이해할 수 있을 것으로 기대 - 또한 세포가 조직과 기관으로 분화하는 방법에 대한 단서를 보유하고 있어 재생의학을

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-73 신생아 게놈 시퀀싱, 기대와 우려 공존 ◇ 시퀀싱 기술의 급속한 발전에 힘입어 질병을 매우 빠르게 발견하고 치료 및 예방하기 위해 신생아 게놈 시퀀싱 파일럿 프로젝트가 영국과 미국을 중심으로 추진 중. 기존 선별검사와 달리 수천 가지의 질병을 탐지할 수 있어 새로운 치료 시대가 개막될 것으로 기대되나 아직 게놈과 질병 간의 연관성 연구가 미흡하고 막대한 비용 및 윤리적인 문제가 남아있으며, 데이터 안전성, 인프라 부족 등을 우려 ▸주요 출처 : Science News, Baby steps, 2021.9.23.; 국가생명윤리정책원, 모든 영국 아기들의 유전체 분석은 윤리적인 지뢰가 될 것임, 2019.11.13▣ 질병의 조기 발견, 치료 및 예방을 위해 신생아 게놈 시퀀싱에 대한 파일럿 프로젝트가 영국과 미국을 중심으로 추진 ○ 현재 신생아에게 실시하고 있는 표준 선별검사를 통해 PKU(페닐케톤뇨증) 등 수십 가지의 선천성 및 유전질환 등을 조기에 발견하고 치료 가능 - 그러나 게놈 시퀀싱으로는 수천 가지 이상의 질환을 스크리닝할 수 있어, 치료가 필요한 아기를 식별하고 향후 발생 가능한 질병을 예방할 수 있어 새로운 치료 시대가 개막될 것으로 기대 ※ (사례) 2016년 보스턴에서 태어난 Cora Stetson의 부모는 아이의 게놈 시퀀싱 연구에 동의. 표준 선별검사에서는 비타민B 효소와 관련된 biotinidase 장애를 표시했지만 후속검사에서 음성으로 나와 소아과 의사는 장애가 없다고 판단함. 그러나 게놈 시퀀싱에서 biotinidase 결핍을 유발하는 돌연변이가 있음이 밝혀짐. 현재 아이는 5살로 바이오틴을 복용하며 건강하게 자라고 있음 표준 선별검사게놈 시퀀싱검사 대상주로질병을 반영하는 대사산물(metabolites)30억 개의 모든 DNA 염기쌍또는 1% encoding proteins검사 질환 수국가 또는 주(미국)에 따라 2~70

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-72 인간 미세생리학적 시스템의 신약개발 활용 ◇ 미세유체 장기칩과 같은 미세생리학적 시스템(microphysiological systems, MPS)은 주요 생물학적 과정과 질병 상태를 재현하여 인간의 생리학을 재구성하는 유망한 체외 도구로 빠르게 진화, 특히 신약개발에 있어 그 활용과 가치가 높을 것으로 전망 ▸주요 출처 : Science, Human microphysiological systems for drug development, 2021.9 ▣ 인간세포를 사용하는 장기 칩(organs-on chips) 또는 조직공학, 3D 장기 구조로 구성된 미세생리학적 시스템은 생물학, 생리학, 의학, 약리학 및 독성학에 새로운 도구로 관심 ○ 미세생리학적 시스템(MicroPhysiological System, MPS)은 장기 칩 또는 체외 기관(in vitro organ)이 2차원 또는 3차원으로 상호 연결된 집합으로서, - 특히, 마이크로시스템 엔지니어링과 세포 생물학을 결합하여 3차원 아키텍처, 다세포 상호 작용, 조직-조직 인터페이스, 유체 흐름 및 장기의 기계 신호를 표시할 수 있는 모델로 활용 가능 < 미세생리학적 시스템(MPS)을 구성하는 핵심 요소 > 출처 : Current Opinion in Pharmacology, The NIH microphysiological systems program: developing in vitro tools for safety and efficacy in drug development, 2019.10. ▣ 미세생리학적 시스템(MPS)은 환자에게 약물을 투여하기 전에 약물의 효능과 부작용을 예측 ○ 임상시험의 주요 실패를 더 잘 이해하고 해결하는 방법을 제공할 수 있으며 특히, 독성 테스트 시스템은 유망한 후보물질 도출에 기여 - 초기 전임상 단계의 동물 또는 간단한 세포시스템에서 예측되지 않는 효능 또는 부작용에 대한 개선이 가능할

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-71 미국 NIH Common Fund의 HRHR(High-Risk, High-Reward Research) 프로그램◇ 미국 NIH는 고위험 혁신연구 활성화를 위해 Common Fund를 통해 HRHR(High-Risk, High-Reward Research) 프로그램을 지원. 지원대상, 연구전략에 따라 4개의 세부 프로그램을 운영 중이며, 고위험 혁신연구의 특성을 반영하여 동료평가(peer-review) 등 기존의 평가방식을 벗어나 평가 및 관리를 유연하게 추진 ▸주요 출처 : 미국 NIH Common Fund 홈페이지(https://commonfund.nih.gov/highrisk)▣ 미국 NIH Common Fund*를 통해 고위험 혁신연구 활성화를 위한 HRHR (High-Risk, High-Reward Research) 프로그램을 추진 중 * NIH 산하 개별 연구소가 아닌 여러 연구소의 협력연구가 필요하며, NIH 공통의 우선순위를 갖는 고위험·고임팩트 연구를 지원. NIH 내 벤처캐피털 기능을 하며, 바이오의료 연구분야에 혁신적인 영향을 미치는 아이템에 전략적으로 투자 ○ HRHR 프로그램은 창의적 과학자들의 고도로 혁신적 연구를 지원하며, 4개의 세부 프로그램으로 구성 - 대상, 자격, 전략 등으로 구분하여 NIH Director’s Pioneer Award(개척자 지원금), New Innovator Award(신혁신자 지원금), Transformative Research Award(혁신연구 지원금), Early Independence Award(초기독립 지원금) 4개로 구성 ※ 2020년 HRHR 연구비는 약 1억 9,695만 달러 규모로 총 Common Fund(6억 3,911만 달러)의 31%를 차지Pioneer Award(PA)지원 대상주요 특징주요 과제를 해결하는 획기적인 접근법을 추구할 창조성을 가진 과학자모든 경

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-70차세대시퀀싱(NGS), 바이오제약 산업 발전 촉진◇ 2000년대 중후반 차세대시퀀싱(NGS)의 등장으로 고속, 대량의 시퀀싱이 그것도 저비용으로 가능해짐에 따라 생물학 및 의학 연구에 광범위한 영향을 미치고 있음. 특히, 바이오제약 분야에서는 신약개발의 전주기 (초기 발견에서 임상시험까지), 의약품 제조공정 및 품질 관리 측면에서의 효율성 향상을 주도 ▸주요 출처 : GEN(Genetic Engineering & Biotechnology News), Next-Generation Sequencing Drives Progress in Biopharma, 2021.9.1. ▣ NGS 등장 및 급속한 발전으로 DNA 시퀀싱 비용과 시간이 크게 절감 되면서 유전체 연구, 질병 진단, 신약개발 등 활용 분야 확대○ HGP(Human Genome Project)는 최초로 완전한 인간 DNA 서열을 해독 했다는데 의의가 있으며, 생명과학과 신약개발의 효율성 향상에 기여할 수 있다는 가능성을 제시 - HGP 완료 이후 과학자들은 유전체학, 전사체학, 생물정보학 및 관련 분야에서 게놈 시퀀싱 사용을 강화하였으나, 게놈 시퀀싱이 바이오제약 산업에서 그 영향력을 발휘하기까지는 오랜 시간이 소요 - 1세대 시퀀싱 기술(Sanger 시퀀싱)의 단점을 극복하기 위해 보다 간단한 프로세스와 시간, 비용을 절감할 수 있는 새로운 기술 개발이 필요 ※ 1세대 시퀀싱 기술을 사용한 HGP는 낮은 처리량으로 인해 완료하는 데 10년이 걸렸으나, 현재 NGS 기술로는 2일 이내 여러 인간 게놈을 시퀀싱 할 수 있음 ○ 2000년대 중후반 NGS(Next generation sequencing) 기술 등장으로 분석 시간과 비용이 빠르게 감소함에 따라 유전체 분석, 질병 진단, 신약개발 및 환경, 식품 등 다양한 분야에서 활용 - 미국 NHGRI(National Human Genome Research Institut

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-69코로나19 mRNA 백신 특허의 네트워크 분석◇ 코로나19 mRNA 백신 개발과 관련된 특허 네트워크와 라이센싱 거래 분석을 통해 코로나19 mRNA 백신의 급속한 발전과 임상시험 성공은 발명가와 혁신가 사이의 관계에 기인하고 있음을 강조하면서, 대기업에 이전된 특허, 영업 비밀 및 노하우는 기술에 대한 접근을 제한하는 법적 장벽을 만들어 향후 mRNA 백신의 연구개발을 방해할 수 있음을 언급 ▸주요 출처 : Nature Biotechnology, A network analysis of COVID-19 mRNA vaccine patents, 2021.5 ▣ 2020년 1월 코로나19 바이러스 유전자 서열이 공개된 이후, 전례 없는 빠른 기간 안에 코로나19 진단기기, 백신 및 치료제 개발을 진행 ○ 특히, 백신 플랫폼 기술은 바이러스 벡터에서 단백질 기반 기술, mRNA와 지질나노입자 기술에 이르기까지 다양 - 백신 개발에 필요한 기본 기술은 연구실 또는 스타트업에서 발명되어 특허를 통해 보호되고 이후 더 큰 기업에서 상용화 개발 및 허가를 진행하면서 발명가와 혁신기업 사이의 복잡한 관계를 형성 - 또한 백신 개발에 관한 기본 기술은 특허로 보호하고, 제조방법 및 기술(노하우)은 영업 비밀로 보호하여 백신 플랫폼과 같은 과학기술적 발전에도 불구하고 지식재산권(IP, Intellectual property) 보호와 같은 장벽은 공평한 접근과 공정한 할당을 방해하는 요소로 작용 ▣ 특허 네트워크 분석을 통해 코로나19 mRNA 백신 기술을 둘러싼 IP 보호 및 라이선스 거래에 관한 복잡성을 확인 ○ 네트워크에 나타난 바와 같이 Moderna, Pfizer와 BioNTech, CureVac 및 Arcturus 모두 코로나19 mRNA 백신 개발에 참여 - 특허로 보호받고자 한 기술로는 mRNA 기술, 지질나노입자 기술 및 전달시스템 기술 등인 것으로 파악 ○ 지질나노입자는 mRNA 분해를 방

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-68제조업을 혁신할 자연지향설계(Nature Co-Design) 시대 도래◇ 최근 Boston Consulting Group에서 발표한 ‘자연지향설계: 제조업 혁신 (Nature Co-Design: A Revolution in the Making)’은 합성생물학 딥테크 기반의 제조업 혁신에 관한 내용으로 탈탄소화 시대의 새로운 산업을 이끌어갈 자연지향설계의 중요성과 영향력을 설명 ▸주요 출처 : Boston Consulting Group, Nature Co-Design: A Revolution in the Making, 2021▣ 자연에 대한 이해를 바탕으로 자연지향설계(Nature Co-Design) 기반의 정밀한 제조 플랫폼 기술이 부상할 것으로 전망 ○ 1, 2, 3차 산업혁명이 일방적인 자연·자원을 사용하는 개발이었다면(Nature- using development) → 자연에 대한 이해를 바탕으로 자연 자체를 정밀한 제조 플랫폼으로 활용하는 방식으로 전환 예측(Nature co-design) - 자연지향설계는 Design-Build-Test-Learn(DBTL) 전략을 포함한 딥테크(DNA 해독/합성/편집, 정밀발효, 인공지능, 자동화 및 나노 기술 등의 융합)에 기반하며, - 특히, 비용이 하락하여 접근성이 향상되고 DBTL 전략의 높은 재현성을 바탕으로 기존에 상상하지 못했던 솔루션 발명이 가능해질 것으로 기대출처 : Boston Consulting Group, Nature Co-Design: A Revolution in the Making, 2021 ○ 합성생물학은 DBTL 전략을 수행하는 가장 진보된 자연지향설계 분야로, 빠르게 DNA를 구축 및 테스트할 수 있는 통합시설인 바이오파운드리 플랫폼 기술은 커뮤니티 전체에 기여 가능 - 자연지향설계 솔루션은 현재 진행형으로 농업, 식품, 화학, 에너지, 의료, 소재, 생필품 등 광범위한 산업에

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-67글로벌 바이오산업 시장현황 및 전망(2021∼27) ◇ 글로벌 바이오산업은 코로나19 영향으로 성장률이 더 빨라질 것으로 전망하고 있는데, 코로나19 이전에 예측한 연평균 성장률 6.2%는 코로나19 이후 7.7%로 상승하여 2027년 9,113억 달러의 시장을 전망. 성장률의 상승 요인은 DNA Sequencing, Cell-Based Assay 등 코로나19 해결을 위한 혁신기술의 진보와 활용 때문으로 해석 ▸주요 출처 : Orion Market Research, Global Biotechnology Market 2021-2027(2021)▣ 글로벌 바이오산업 시장 규모는 2021년 5,837억 달러에서 연평균 7.7% 성장하여 2027년 9,113억 달러로 증가 ○ 연평균 성장률은 코로나19 영향으로 6.2% → 7.7%로 더 빨라질 것으로 예측<글로벌 바이오산업 시장현황 및 전망(2021∼2027년, 단위: 억 달러)>연도Pre-COVID 시장 규모Post-COVID 시장 규모20214,8895,83720225,1386,31820235,4996,79220245,8407,30520256,2087,86020266,6058,46120277,0349,113CAGR6.2%7.7%<글로벌 바이오산업 분야별 시장현황(2021년)>분야금액(억$)점유율(%)Healthcare(헬스케어)3,60662Crop Production and Agriculture(작물생산 및 농업)1,33723Industrial Processing(산업공정)5379Natural Resources & Environment(천연자원 및 환경)2364Others(기타)1222합계5,837100출처 : Orion Market Research, Global Biotechnology Market 2021-2027(2021) ▣ 바이오산업 분야별로 헬스케어가 2021년 3,606억 달러(62% 점유)로 가장 큰 시장 형성 ○ 헬스케어는