2020년 '10대 바이오 유망기술', 어떤게 있을까?

한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터가 바이오경제시대와 4차산업혁명에 대비해 '2020 10대 바이오 미래유망기술'을 발굴했다. 이 센터에서는 2015년부터 새로운 생명과학 발견을 가속화하기 위해 바이오 미래유망기술 발굴 연구를 진행해오고 있다. 이번 발표는 플랫폼, 레드, 그린, 화이트 바이오 영역에서 유망한 기술을 선정해 발표하는 방식으로 진행됐다. 

플랫폼 바이오 영역에서는 △프라임 에디팅(Prime editing) △Cryo-EM 생체분자 구조분석기술(High-resolution cryo-EM bio-imaging) △공간 오믹스 기반 단일세포 분석기술(Single cell spatial reconstruction) 등이 선정됐다.

[사진=게티이미지뱅크]

프라임 에디팅은 살아있는 세포 내에서 특정 유전자서열을 첨가·삭제·치환하는 기술이다. 생명연구원은 프라임 에디팅이 10대 유망기술 중 가장 파급효과가 클 것으로 예측했다. 기존의 유전자 편집 효율을 크게 향상시키고 교정 범위의 한계를 극복해 질병 치료, 품종 개량 등에 활용이 가능하기 때문이다.

Cryo-EM 생체분자 구조분석기술은 기술의 한계로 분석이 어려웠던 거대 단백질 복합체, 막단백질 등의 고해상도 3차원 입체구조를 초저온 전자현미경으로 분석하는 기술이다. 거대 단백질 복합체와 막단백질은 생명 조절의 핵심이다. 이를 분석해 새로운 생명현상을 발견하거나 질환의 원인을 규명해 신약 개발을 촉진할 수 있다.

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공간 오믹스 기반 단일세포 분석기술은 생체기관이나 조직 내의 개별세포 위치정보를 유지한 상태에서 오믹스 데이터를 확보해 3차원적 공간정보를 파악하는 기술이다. 이는 장기나 기관 내의 개별세포 위치에 따른 특성과 세포 간 상호작용을 이해할 수 있게 해준다. 또한 질환을 유발하는 세포의 3차원 위치를 파악해 정밀한 진단과 치료 표적을 찾아내는 것도 가능하게 해준다.

[사진=게티이미지뱅크]

레드 바이오(Red Bio) 분야에서는 △조직 내 노화세포 제거 기술(Senolytics) △디지털 치료제(Digital therapeutics) △실시간 액체생검(Real-time liquid biopsies)을 꼽았다.

조직 내 노화세포 제거 기술은 노화세포를 선택적으로 제거해 조직 항상성을 유지하고 질병을 치료하는 기술이다. 조직 내 노화세포 만을 선택적으로 사멸시킴으로써 조직 노화를 억제하고 노화와 관련된 다양한 질병 치료에도 활용할 수 있다.

디지털 치료제는 먹는 알약이나 주사제가 아닌 디지털 기술을 기반으로 질병을 예방하고 관리하는 신개념 의약품을 일컫는다. 의약품과 IT를 융합해 표적 부위에 약물을 정확하게 전달하거나 환자의 복약 여부를 실시간으로 모니터링하는 등 적용 범위가 다양하다.

실시간 액체생검은 혈액, 소변 등에 존재하는 핵산 조각들을 분석해 질병의 진행을 실시간으로 추적하는 기술이다. 비침습적(인체에 고통을 주지 않고 실시하는 검사) 방법으로 특히 암 분야에서 개인 맞춤 치료에 사용 가능할 것으로 기대된다.

식물을 활용하는 그린 바이오(Green Bio) 분야에서는 △엽록체 바이오공장(Chloroplast biofactory for high-level production of biomolecules) △식물 종간 장벽제거기술(Removing interspecific incompatibility for cross-species hybridization)이 기대를 받고 있다.

엽록체.[사진=게티이미지뱅크]

엽록체 바이오공장은 엽록체를 이용해 유용한 단백질을 대량으로 생산하는 기술이다. 식물에서 바이오 물질을 생산하는 경우 독소가 생성될 위험이 적고 엽록체는 많은 양의 바이오 물질을 생산·저장할 수 있어 대량생산이 가능하다.

식물 종간 장벽제어기술은 교배가 어려운 두 종 간의 교배 효율을 향상시킬 수 있다. 우수품종 간의 교배로 우수형질의 식물을 개발하는 게 가능해진다.

화이트 바이오(White Bio) 분야에서는 △바이오파운드리(Biofoundry) △무세포 합성생물학(Cell-free synthetic biology)이 유망한 기술로 거론된다.

바이오 파운드리는 로봇과 AI 기술을 융합한 바이오 첨단기술이다. DNA 조립부터 세포 개량까지의 복잡한 과정을 순환 공정으로 구현한다. 이는 느리고 복잡한 생물 실험 과정을 IT 기술로 극복하고, 수집된 빅데이터를 AI로 분석해 바이오 제조 공정의 생산효율을 향상시켜준다.

무세포 합성생물학은 생명활동에 필요한 최소요소인 DNA, 단백질로 구성된 무세포 환경에서 생명 시스템을 제작하는 기술이다. 복잡한 세포활동을 제어하는 어려움을 극복하고 기존 자연 세포에서 구현되지 않는 합성경로를 통해 새로운 화학소재를 제조하는 데 이용할 수 있다.

김흥열 국가생명공학정책연구센터 센터장은 "이번 미래유망기술 도출은 바이오 분야 미래비전의 씨앗이 될 수 있는 유망기술을 선정해 기술적·산업적 파급효과가 큰 연구개발 주제를 제안한다는 측면에서 의미가 크다"고 말했다.

[사진=한국생명공학연구원 제공]