세포배양육 · 단백질 예측 AI 등 10대 바이오 유망기술 선정

[아이뉴스24 최상국 기자] 한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터(센터장 김흥열)가 '2021년 바이오 미래유망기술'을 선정, 발표했다.

생명연은 혁신적 연구성과의 키워드 네트워크 분석과 전문가 토의, 설문조사 등을 토대로 기초·생명과학/공통기반(Platform Bio), 보건의료(Red Bio), 농림수축산·식품(Green Bio), 산업공정/환경·해양(White Bio) 분야에서 미래 파급효과가 큰 10대 유망기술을 선정했다.

이 가운데 5개는 포스트 팬데믹 관련 기술로 코로나19로 인한 영향력이 크게 반영된 것으로 평가된다.

팬데믹으로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업을 대체하기 위한 ‘세포배양 축산 기술’이 그린바이오 분야에서, 팬데믹으로 급증한 일회용 플라스틱 제품 사용 문제를 해결할 수 있는 ‘친환경 고분자 생산 미생물’이 화이트바이오 분야에서 포스트 팬데믹 대응 바이오 미래유망기술로 선정됐다.

구글의 AI 프로그램인 알파폴드와 같은 ‘인공지능 기반 단백질 모델링’은 10대 기술 중 파급효과가 가장 클 것으로 예측됐다. 분자물리학적 접근방법과 딥러닝 인공지능을 활용해 아미노산 서열에서 3차원 단백질 구조를 예측하고 세포 내 단백질 작용을 예측하는 이 기술은 단백질의 생체 내 작용 메커니즘 뿐만 아니라 질병과의 연관성, 약물표적 규명 등을 통해 신약개발의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

◇플랫폼 바이오(Platform Bio)

▲생물 유래 화학다양성 확보 기술(Chemical diversity in nature) : 심해 등 극한 환경에서 살아가는 생물과 그 안에 함께 있는 마이크로바이옴이 생산하는 다양한 물질을 확보하는 기술. 그동안 인류가 접근하기 힘들었던 극한 환경 속 생물로부터 화학다양성 확보를 통해 발굴한 새로운 천연물질은 신개념 항생제 등 신약 및 혁신 바이오소재 개발에 활용.

▲개인 맞춤형 체외 면역시스템(in vitro personalized immune system) : 개인 맞춤형 오가노이드에 면역세포 공배양 등을 통해 체외에서 개인의 면역체계를 모사하는 기술. 개인별 면역 특성이 반영된 체외 시스템을 통해 면역반응의 기초연구부터 개인 맞춤형 치료제 개발, 효과적인 백신 개발에 기여.

▲인공지능 기반 단백질 모델링(AI based protein modeling) : 분자물리학적 접근방법과 딥러닝 인공지능을 활용하여 단백질 구조뿐만 아니라 세포 내 단백질 작용을 예측하는 기술. 단백질 간의 네트워크 규명을 통해 그간 알지 못했던 생명현상을 밝힐 수 있고, 신속한 약물표적 발굴을 통해 신약개발의 생산성을 향상.

◇레드바이오(Red Bio)

▲합성 면역(Synthetic immunity) : 유전적으로 면역회로를 합성하여 면역세포의 활성을 높이거나 면역물질 생성을 조절하는 기술. 기존 면역세포 치료의 효능을 극대화하고, 사이토카인 방출 증후군과 같은 부작용에 대한 한계를 극복하여 감염병, 암 및 다양한 질환 치료제 개발에 활용.

▲단일세포 교정기술(Single cell repairing) : 유전자 교정기술 등을 활용하여 단일세포 수준에서 질병을 치료하는 기술. 조직을 치료 대상으로 할 경우 발생하는 낮은 유전자 전달, 면역반응, 교정효율과 세포 이질성의 문제를 극복하고 효율적이고 안전한 치료가 가능.

▲나노백신/나노항체(Nanovaccine/Nanobody) : 나노구조체 표면에 다량, 다종의 항원을 노출시키거나, 기존 항체보다 작고 효과적인 치료제를 제작하는 기술. 크기가 작아 안정성, 용해도가 높고, 제조하기 용이하며, 조직 침투력이 높아 기존의 백신/항체치료제의 타겟이 되지 못하는 틈새 치료 영역에 적용 가능.

◇그린바이오(Green Bio)

▲세포배양 축산 기술(Cellular agriculture) : 팬데믹 등으로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업을 대체하기 위해 세포배양 기반으로 육류나 우유를 제조하는 기술. 지속가능한 녹색축산을 실현하고, 전통 축산업에서 발생하는 환경문제 완화 및 증가하는 축산물 수요에 대응 가능.

▲식물 마이크로바이옴 엔지니어링(Plant microbiome engineering) : 식물 공생 미생물체, 병원성 미생물체 분석으로 식물 마이크로바이옴 기능 조절을 통해 작물 성장을 돕거나 멸종위기 보호종을 보전하는 기술. 우수한 성장성 및 병충해에 강한 식물 자원을 생산, 유지하는 기술의 한계를 극복하여 생명현상 연구뿐만 아니라 품종개량 등에 활용.

◇화이트 바이오(White Bio)

▲친환경 고분자 생산 미생물(Eco-friendly polymer producing microbe) : 일회용품 및 미세플라스틱 문제를 해결하기 위해 미생물로부터 완전 친환경 고분자재료를 생산하는 기술. 친환경 소재 산업 고도화를 통한 탄소발자국(carbon footprint) 저감 및 난분해 플라스틱 유래 환경오염 문제 해결에 기여.

▲빅데이터 기반 생태건강성 평가 기술 (Ecological health assessment using bio big data) : 바이오 빅데이터(특히, 미생물 군집구조)를 포함한 환경, 생태 데이터를 통합하여 생태계의 건강성을 평가하는 기술. 미생물총의 오믹스를 이용한 평가기법은 샘플링이 간단하고, 이후 빅데이터 분석 공정도 상당히 표준화되어 있어, 보다 객관적이고 정확하며 세밀한 평가가 가능.

생명연 국가생명공학정책연구센터는 보고서에서 "과거 15년 이상 소요되던 백신 개발 기간이 코로나19를 겪으며 10∼18개월로 단축되면서 백신 개발에 관한 역사를 다시 쓰고 있다고 해도 과언이 아니다. 이번에 보여준 백신 개발의 속도는 그간 인류가 발견하고, 개발해 온 생명과학 연구성과와 바이오 혁신기술의 집합체로, 바이오 혁신기술을 사전에 확보하는 것이 매우 중요하다는 것을 다시 한번 입증했다"고 보고서 발간의의를 설명했다.

김흥열 센터장은 “전 세계를 혼란 속으로 몰아넣은 코로나19는 아직도 현재 진행형으로, 포스트 코로나를 넘어서 포스트 팬데믹을 대비할 수 있는 혁신기술은 바이오 미래유망기술의 집합체가 될 것으로 예상”하고 "이번 연구결과에서 10대 바이오 미래유망기술 중 5개의 포스트 팬데믹 대응기술이 포함됐으나, 추가적으로 감염병 대응에 초점을 맞춘 ‘포스트 팬데믹 대응 감염병 유망기술’을 도출할 예정"이라고 밝혔다.

'2021년 바이오 미래유망기술' 보고서 원문은 바이오정보 포털사이트인 바이오인(www.bioin.or.kr)에서 받아볼 수 있다.