2022년 10대 바이오 미래유망기술

 

국내 생명공학 관련 주요 연구기관 세 곳인 한국생명공학연구원(Korea Research Institute for Bioscience and Biotechnology, KRIBB), 국가생명공학정책연구센터(Biotech Policy Research Center, BPRC), 한국과학기술정보연구원(Korea Institute of Science and Technoolgy Information, KISTI) 공동으로 ≪2022 바이오 미래유망기술≫이란 보고서(2022. 2.)를 통해 <2022년 10대 바이오 미래유망기술>을 선정·발표했다.

 

선정된 10대 바이오 미래유망기술은 4개의 기술 분야 즉 기초생명과학 및 공통기반기술 분야인 플랫폼 바이오 Platform Bio, 의약품 및 보건의료 분야인 레드 바이오 Red Biod, 농림수축산·식품 및 바이오농업 분야인 그린 바이오 Green Bio, 산업공정·환경·해양 및 바이오소재 등 바이오화학 분야인 화이트 바이오 White Bio 별로 각각 2~3개의 기술이 포함되었다.

 

'바이오 미래유망기술'이란 생명현상 연구를 기반으로 하여[바이오], 앞으로 5~10년 이내에 기술적 또는 산업적 실현이 가능하며[미래], 기술적 및 산업적 혁신성, 그리고 사회문제 해결가능성에 대한 파급효과가 높게 전망되는[유망] 기술을 말한다.

 

네 분야별 미래유망기술 내용은 다음과 같다.

 

A. 플랫폼 바이오(기초·기반 생명과학) 분야

 

1. 세포 정밀 이미징/시퀀싱 In situ live cell imaging/sequencing

 

 

역동적으로 활동하는 살아 있는 세포 live cell 형태를 현장에서(in situ) 3차원으로 정밀하게 관찰하여 영상화하면서(이미징 imging), 그 세포의 유전체 염기서열을 결정하는(시퀀싱 sequencing) 기술이다.

 

이 기술은 세포를 죽이지 않고 세포 본연의 형태를 유지한 채로 단일세포 single cell의 시·공간적 생체 분자 정보를 얻을 수 있어 우리가 아직 모르는 생명현상을 규명하는 데 활용할 수 있다.

 

 

2. 차세대 유전체 합성 Next-generation genome writing(NGW)

 

 

생명체의 유전체 genome[한 생물체나 세포가 가진 유전물질 전체를 말하며, 유전자 gene와 염색체 chromosome의 합성어] 전부 또는 유전체 수준의 대형 DNA를 설계하고, 이를 정확하면서 신속하게 대량으로 합성하는 기술이다.

 

이 기술을 이용하면 의약물질이나 에너지, 소재 등을 고효율로 생산하는 미생물의 유전체를 합성할 수 있으므로 건강, 환경, 우주 분야 등에서 현재 인류가 직면한 기술적 한계를 극복하는 데 기여할 것으로 기대된다.

 

 

3. 후성유전체 편집 Epigenome editing

 

 

유전자 편집 도구를 활용하여 후성유전학적 변이를 선택적으로 제어함으로써 노화를 비롯한 아직 풀지 못하고 있는 생물체의 여러 기능을 연구·분석하는 기술이다.

 

후성유전체 epigenome[세포핵 안에 든 염색질을 구성하는 유전체인 DNA] 편집 기술은 기존의 유전자 절단 기술이나 돌연변이 유도 기술에서 생기는 유전자의 서열 변화가 없기 때문에 후대에 미치는 유전적 영향 없이 보다 안전하게 유전자 발현을 조절할 수 있다.[※후성유전체에 대한 정보는 새샘 블로그 '노화의 종말 3-노화의 주 원인은 유전체가 아닌 후성유전체다'(2021. 5. 5) 글 참조]

 

 

B. 레드 바이오(의약품 및 보건의료) 분야

 

4. 치료용 신경정신약물(Mind-altering medicine)

 

 

의료용 대마와 같은 정신활성물질의 유용 성분을 기반으로 신경정신질환을 치료하는 의약품을 개발하는 기술이다.

 

이런 신경정신약물은 코로나19 팬데믹으로 사회적 부담이 더욱 가중되고 있는 우울증, 불안, 외상후스트레스장애(post-traumatic stress disorder, PTSD), 약물중독, 알코올중독이나 뇌전증 등의 만성 및 난치성 신경정신질환을 치료하는 데 큰 도움을 줄 것이다.

 

 

5. 차세대 백신 Next-generation vaccines

 

 

mRNA 기반의 칵테일 백신 cocktail vaccine[두 종류 이상의 백신을 혼합], 범용 백신 universal vaccine[모든 코로나19바이러스 변이처럼 같은 계열의 모든 병원체에 대해 효과적인 백신], 지금까지 없던 새로운 방식 new modality을 적용하여 만든 백신[이번 mRNA 기반 코로나19백신이 대표적] 등 다양한 병원체에 대한 감염을 방어하는 백신을 개발하는 기술이다.

 

차세대 백신은 보다 다양한 병원체와 변이 바이러스에 신속하게 대응함으로써 효과적으로 감염병을 예방할 뿐만 아니라 암 및 희귀질환 예방에도 적용할 수 있다.

 

 

6. 소포체 기반 약물전달기술 Drug delivery with exracellular vesicles

 

 

진핵세포 안에서 만들어져 세포 밖으로 방출되는 작은 크기(50~150나노미터)의 세포바깥소포체 extracellular vesicle(EV)는 흔히 엑소솜(엑소좀) exosome이라 부르는데, 이를 이용하여 약물을 표적세포까지 정확하고 효율적으로 전달하는 기술이다.

 

엑소솜의 주요 기능은 세포 사이의 신호전달인데, 우리 몸에 들어간 약물을 신호분자로 인식한 엑소솜이 치료 대상인 표적세포까지 전달하도록 만드는 것이다.

 

기존의 생체유래물질 약물 전달체인 지방소체(리포솜 liposome)에 비해 엑소솜은 높은 약물 전달효율과 세포 표적화가 쉽기 때문에 약물 전달체로서 매우 유망하다는 평가를 받고 있다.

 

 

C. 그린 바이오(농림수축산·식품 및 바이오농업) 분야 

 

7. 바이오장기 생산 키메라 기술 Chimera technology for bio-organs 

 

 

사람의 줄기세포를 동물에 넣어 이식 및 치료 목적으로 사람의 조직이나 장기, 기관을 동물에서 생산하는 기술이다.

 

면역거부 반응이 최소화된 범용 및 맞춤용 이식용 장기를 환자에게 제공함으로써 장기의 장기수급 불균형 해소 및 난치질환 치료 가능성을 훨씬 높일 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

8. 식물 광합성 기능 향상 기술 Engineering plant photosynthesis

 

 

식물의 광합성 담당하는 기관의 기능을 개선하여 광합성 효율이 향상된 작물을 생산하는 기술이다.

 

특정 식물만이 아닌 다양한 식물 종에 적용할 수 있는 범용성 versitality을 기반으로 한 기술로서, 식물이 받아들이는 빛 에너지의 총량을 증가시킴으로써 식량 및 바이오소재로 이용되는 식물의 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

D. 화이트 바이오(산업공정·환경·해양 및 바이오소재 등 바이오화학) 분야

 

9. 나노물질 유래 친환경 중합체 합성 기술 Nanomaterial-derived eco-friendly polymer synthesis

 

 

생분해성 키토산(카이토산) chitosan[새우 및 게·가재의 껍데기에 풍부한 키틴에서 얻어지는 단단하면서도 분해되는 다당류]과 같은 친환경 나노입자로 이루어진 중합체를 만드는 기술이다.

 

이런 친환경 나노입자는 지구상에 존재하는 생물량(바이오매스) biomass[한 생물체가 가진 에너지원인 유기물 총량]에서 유래된 지속가능한 소재이므로, 미세플라스틱·합성섬유·합성 하이드로젤(수화젤) hydrogel[많은 수분을 함유할 수 있는 젤 형태의 물질로서 일회용 기저귀와 소프트렌즈의 주 재료] 등 자연에서 거의 또는 전혀 분해되지 않는 물질을 대체할 수 있어 환경오염과 인체 유해성 문제 해결에 기여할 것으로 기대되고 있다.

 

 

10. 환경오염물질 분해 마이크로바이옴 Xenobiotics-degrading microbiome

 

 

세균과 나방 등에 공생하는 마이크로바이옴(미생물체) microbiome[한 생물체 안에서 서식하는 모든 종류의 미생물 전체] 가운데 난분해성 환경오염물질 분해효소를 분비하는 마이크로바이옴을 활용하여 플라스틱이나 비닐과 같은 난분해성 환경오염물질을 분해하는 기술이다.

 

생물체를 이용하여 난분해성 물질을 분해하는 기술로서, 분해 과정에서 유해물질이 거의 발생하지 않기 때문에 친환경적이고 안전한 환경이 조성된다.

 

※출처: 한국생명공학연구원·국가생명공학정책연구센터·한국과학기술정보연구원, '2022 바이오 미래유망기술'(국가생명공학정책연구센터,  2022. 2.)

 

2022. 3. 6 새샘