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K-바이오파운드리, 전 세계 합성생물학 연구실을 하나로 잇는 국제 표준 언어 만들다

- 한국이 주도한 국제 공동연구팀이 바이오파운드리 실험 과정을 ‘4단계 체계’로 표준화한 프레임워크 개발 -

 □ 한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 국가바이오파운드리사업단 김하성 박사 연구팀이 주도한 국제 공동연구팀(한국, 미국, 영국, 싱가폴 등 10개 기관)은 복잡한 합성생물학 연구를 더 쉽고, 빠르고, 정확하게 수행할 수 있는 새로운 기준을 만들며, 자동화 실험실인 ‘바이오파운드리’에 있어 국제 표준이 될 것으로 기대되고 있다.

 □ 합성생물학, AI 등 딥테크 기술 발전에 의해 주도되는 글로벌 바이오경제는 빠르게 성장하고 있으며, 신약, 바이오 치료제, 화학 물질 소재 등 바이오 제조로의 전환을 통한 글로벌 사회문제 문제 해결에 기여할 높은 잠재력을 가지고 있다.

 □ 특히, 바이오파운드리는 자동화로봇과 AI의 ICT 기술을 결합하여 합성생물학 전과정을 표준화·고속화·자동화하여 생물학 실험 및 제조공정을 지원하는 고처리량 실험 인프라로서 글로벌 바이오경제 구현을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 

 □ 2019년에 출범한 글로벌 바이오파운드리 얼라이언스(Global Biofoundries Alliance, GBA)는 전 세계 공공 바이오파운드리 간의 자원 공유 및 협력을 촉진하고 있으며, 현재까지 33개의 회원 기관이 참여하여 경험을 공유하고, 과학적 공통과제를 해결하기 위해 함께 노력하고 있다. 

 □ 하지만 각 바이오파운드리마다 사용하는 장비와 수행하는 공정, 그리고 운영 방식이 크게 달라 경험과 자원을 공유하는 데 한계가 있었다. 특히, 표준화가 부족하고 호환성이 낮아 고가의 시설 구축비와 운영비 대비 효율적으로 활용되지 못한다는 문제가 제기되었다.

 □ 연구팀은 이를 해결하고자 바이오파운드리의 모든 실험 과정을 ‘4단계 체계’로 표준화한 프레임워크를 만들었다. 이 체계를 사용하면 누구나 복잡한 생명과학 실험도 같은 방식으로 기록, 공유, 자동화하여 인공지능에 활용 가능한 양질의 공정 데이터를 축적할 수 있다.


 □ 특히, 이번 연구는 전 세계 바이오파운드리 간의 협업을 위한 ‘최초의 공동 운영체계’를 제시한 것으로서 큰 의미를 갖는다.

  ○ 실험실이 하나의 팀처럼 협력할 수 있도록 공통언어와 체계를 만들어낸 것으로 표준화를 통해 실험장비들이 서로 호환되고 실험 데이터의 신뢰도와 재현성이 향상되며, AI와 소프트웨어 기반 실험 설계와 분석 기술도 더욱 효과적으로 접목할 수 있다.

 □ 교신저자인 이승구 박사는 “이번 연구성과는 글로벌 상호운용을 통하여 국내 바이오파운드리 역량을 발전시키는 핵심 전략이 될 것이며, 올해 4월 국회를 통과한 합성생물학 육성법의 실효성을 극대화시킬 것이다”라고 말했다. 

 □ 제1저자인 김하성 박사는 “미국, 영국 등 글로벌 네트워크의 연구자들과 협력함으로써, 실험 프로토콜을 바이오파운드리 환경에 적용할 때 발생하는 여러 가지 어려움을 확인할 수 있었다”며, “K-바이오파운드리가 워크플로 표준화를 주도하여 바이오경제와 글로벌 난제 해결에 선도적인 역할을 할 수 있기를 기대한다.”고 밝혔다.

 □ 영국 런던바이오파운드리의 Paul Freemont 교수(공동 교신저자)는 “실험실마다 사용하는 방식이 다르기 때문에 협력이 어려웠는데, 이번 프레임워크는 서로 다른 실험실이 가진 노하우를 공유하고 활용할 수 있게 해주는 매우 유연하고 실용적인 접근이다”라고 강조했다.

  

그림. 바이오경제를 가속화할 상호운용 가능한 바이오파운드리 운영체계

• 각 워크플로는 DBTL(설계-구축-테스트-학습) 주기의 모듈화된 단계에 해당하며, 장비에 연결된 여러 단위작업들로 구성된다. 이 다이어그램은 프로젝트 목표가 실행 가능한 프로토콜로 어떻게 변환되는지를 보여주며, 고수준의 의도부터 저수준의 실행 단계까지 명확성과 상호운용성을 보장한다.

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