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[애플경제 이보영 기자] ICT산업이 발달하면서 생명공학 기술 역시 빠르게 발달하고 있다. 이 역시 AI와 빅데이터 기술을 비롯해 유전자염기서열분석, 합성생물학 등 다양한 바이오 기술을 기반으로 하고 있다. 전문가들이나 과학자 집단에 따라 각기 다르지만, 생명공학 역시 ICT와 유전학, 생화학, 분자생물학, IT 등 4차산업혁명 기술에 기반을 두고 있음은 분명하다. 그런 가운데 특히 글로벌 리서치 기관인 스타터스 인사이트 플랫폼(SIP, StartUs Insights Platform)이 그 중에서도 가장 핵심적인 생명공학 기반 기술 트렌드 10가지를 선별, 소개해 눈길을 끈다.

이 기관은 스타트업을 포함한 무려 200만개 이상의 기업들의 트렌드를 분석하고 있어, 고도의 신뢰도를 선사하고 있다. 10가지 기술 중엔 바이오 테크 산업의 기반인 혁신적인 응용 프로그램 및 솔루션이 다수 포함되어 있다. 특히 “4,351개의 신생 기업과 신흥 기업을 분석하고 각각에 대한 20개의 매우 관련성이 높은 솔루션과 함께 상위 10개 바이오테크 트렌드를 제시한 것”이라는 설명이어서 신빙성을 더해주고 있다.

▲인공지능(AI)=SIP는 우선 인공지능을 꼽고 있다. 예를 들어, 바이오제약 스타트업은 AI를 활용하여 신약 개발프로세스를 가속화하고 바이오지표(biomarkers)를 스크리닝하고 과학 문헌을 파악하여 새로운 제품을 발견한다. 여기서 바이오지표는 정상적인 생물학적 과정, 발병 과정, 화학적, 물리적, 생물학적 물질에 대한 노출, 반응 따위의 지표를 말한다. 또 “‘이미지 분류 알고리즘’(Image classification algorithms)을 사용하면 의료 스캔을 통해 다양한 특징의 암세포 증상을 찾아낼 수 있고, ‘작은 잎 이미지’(leaf images)만 갖고도 작물 질병 증상 등을 빠르게 찾아낼 수 있다”는 설명이다. 이에 따르면 또한 최근에는 딥 러닝을 활용하여 미생물 군집(microbiomes)을 분석하고 페노타입(phenotypes. 공통의 표현형을 가진 개체군)을 선별하며 신속한 진단약을 개발하고 있다.

▲빅데이터=두 번째는 ‘빅데이터’다. 이른바 오믹스(omics)기술과 센서 및 IoT 장치 등에서 수집된 방대한 데이터를 분석하여 빅 데이터와 솔루션으로 전환하여 기술 혁신을 도모할 수 있다. 이를 바탕으로 바이오 제약 회사는 임상 시험을 위해 환자를 보다 효과적으로 모집할 수 있다. 스타트업과 기업은 더 나은 사료를 개발하고 작물 및 가축 품종을 개선하며 미발견 미생물을 탐색하기 위해 바이오정보학(bioinformatics) 솔루션을 배포한다. 여기서 오믹스 기술은 유전체(유전체), 전사체, 단백질체 등 생물학적 정보를 총망라하는 해석에 관여하는 학문체계다. 즉 유전체학(genomics), 전사체학(tran'invalid keyword"omics), 단백질체학(proteomics) 등을 총체적으로 표현하는 용어다.

▲유전자 편집(Gene Editing)=SIP는 “그 동안 DNA, RNA 등의 핵산을 인위적으로 가수분해하는 핵산가수분해효소(nuclease) 기술, 그리고 최근 분자 가위(또는 유전자가위)인 CRISPR 기술 등이 발전해왔다”면서 “그 결과 특정 유전자를 추가하고, 대체, 침묵시키는 유전자 편집 기술을 사용하여 유전 질환이나 각종 질병의 치료를 위한 유전자 요법을 진화시키고 있다”고 밝혔다. 예를 들어 ‘표적 유전자 변형’은 더 나은 형질전환 식물과 동물의 개발을 가능하게 한다. 여기서 ‘분자가위’ 또는 ‘유전자가위’란 생체의 특정 부위에 인공효소를 집어넣으면 세포 속 유전자의 특정 염기서열을 인식하여 원하는 대로 자르고 편집하는 기술이다.

▲정밀약(Precision Medicine)=이는 특정 그룹에 효과가 있는 치료 및 예방 전략을 결정하는 것이다. 그래서 암을 비롯한 여러 질병의 치료를 위한 맞춤형 치료가 가능하다. 최근 일부 생명공학 스타트업은 정밀 의학을 활용하여 신약 표적을 식별하고, 신약을 발견하며, 유전자 치료법을 제공하고, 신약 전달 기술을 개발하고 있다. “이는 유전자 편집(gene editing)과 유전자염기서열분석 비용이 날로 감소하면서 임상 실습에서도 일상적으로 채택되고 있다.”는 설명이다.

▲유전자염기서열분석(Gene Sequencing)=이는 다른 말로 ‘DNA 시퀀싱(염기서열분석)’이라고 한다. 현재는 20년 전보다 비용이 5분의 1 정도 밖에 안되면서, 광범위한 분야에서 응용되고 있다. 특히 SIP는 “전체 게놈을 ‘시퀀싱’하는 비용이 절감되어 소아 장애 식별, 개인 맞춤 치료, 광범위한 표현형 분석(phenotyping)을 설정할 수 있게 되었다”고 전했다. 여기서 ‘표현형 분석’은 공통의 표현형을 가진 개체군을 통해 대규모 코호트(cohorts. 군단)를 설정하는 것이다. 또 ‘시퀀싱’은 임상 및 유제품 샘플에서 병원체를 검출하고, 유익한 토양 미생물에 이르기까지 미생물의 존재를 검출하는 빠르고 저렴한 방법이다.

▲바이오제조(Biomanufacturing)=바이오테크가 발달하면서 의료 제품이나 치료법, 생체 재료, 식품, 음료, 특수 화학 물질 생산 등에 생물학적 시스템을 활용하는 경향이 두드러지고 있다. 최근 바이오 기업들은 바이오제조를 저렴하고 더 다양한 분야에 적용하기 위해 다양한 세포 배양법이나, 발효 및 재조합 생산 기술을 발전시키고 있다. 이에 대해 SIP는 “생물학적 원료의 사용은 다른 제조 패러다임에 비해 비교적 지속가능하다”면서 “업계의 생산 모델도 기계 학습 및 자동화를 채택하고 있다.”고 했다. 특히 “최근엔 ‘인더스트리 4.0’ 모델을 통합함으로써 바이오 테크 스타트업은 생산 공정의 각 단계를 최적화하기 위해 ‘바이오프로세싱 4.0’을 제공한다”고 근황을 전했다.

▲합성 생물학(Synthetic Biology)=이는 곧 ‘게놈을 읽고 쓰는 능력’에 기반을 두고 있다. 즉 표준화와 재현성을 높여 유전자 네트워크 수준에서 유기체를 조작할 수 있게 되었다. 특히 국내외 합성 생물학 스타트업들은 전산으로 약물을 설계하고, 세포 농업부터 미생물군유전체 기반 솔루션에 이르기까지 이를 접목하고 있다. 또한 박테리아 세포 공장들의 경우 제약, 재료, 식품 분야에 적용할 수 있는 귀중한 생화학 물질을 높은 수율로 제공하고 있다. “최근 일부 스타트업은 미생물을 넘어 포유류 합성 생물학 솔루션도 개발하고 있다”는게 SIP의 관측이다.

▲바이오 프린팅(Bioprinting)=이는 바이오 기술에 적층식 제조나 프린팅이 접목된 것이다. 흔히 바이오 기반의 재료나, 바이오 재료에서 개발된 바이오 잉크로 작동하는 바이오 프린터를 사용한다. SIP는 “이를 의료 분야에 접목할 경우 세포는 배양 역할을 하고 뼈대 주변에서 자란다.”면서 “이를 통해 환자 자신의 세포에서 뼈, 피부 또는 혈관 이식조직을 개발하여 맞춤형 의료를 제공할 수 있다”고 했다. 또 다른 스타트업들은 신속한 프로토타이핑 이나 바이오폴리머 개발을 위해 바이오프린팅을 활용하는 경우도 많다는 얘기다.

▲미세유체공학(Microfluidics)=이른바 ‘칩 속의 실험실(lab-on-a-chip) 장치’가 필요해짐에 따라 생명공학 분야에서 ‘미세유체’에 대한 관심과 함께 기술도 빠르게 발달해왔다. 소형화된 실험실은 감염성 질병의 저렴하고 신속한 검사를 가능하게 하며, 현장 진료(PoC) 진단을 용이하게 한다. 이에 관련 기업들은 진단과 환경 모니터링을 위한 ‘종이 기반 미세유체’를 개발하고 있다. 이 기술은 작은 칩에서 장기생리학을 시뮬레이션하는 것이다. 즉 칩 속의 장기(organ-on-a-chip)) 장치에서 더 많은 생물약제 애플리케이션을 찾아내는 방식이다. 이를 통해 약물을 스크리닝하고, 질병 모델링에서 응용 프로그램을 찾도록 해준다.

▲세포조직공학(Tissue Engineering)=“세포조직공학은 바이오프린팅과 미세유체학의 발전에 힘입어 최근 몇 년 동안 급격히 성장했다.”는게 SIP의 진단이다. 이는 화상 치료나 장기 이식, 재생 의학을 위한 자가 조직 이식편(片)을 만들 수 있다. 또 건강한 소에서 세포를 분리하여 윤리적이고 지속 가능한 육류의 대안으로 키운다. 동물을 도살하거나 탄소 배출을 발생시키지 않고도 구별할 수 없을 정도로 진짜 쇠고기 스테이크를 생산한다. 또 장기 재생 기술 플랫폼도 가능하다. 실제로 림프절을 이소성 기관으로 변환하여 단일 기증 기관에서 수십 명의 환자를 치료하거나, 수술이 필요없이 외래 내시경 초음파를 사용하여 세포 요법을 이식하기도 한다.