지난 3월 6일, 한국생명공학연구원(이하 생명연)과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 데이터분석본부가 공동으로 <2023년 바이오 미래유망기술> 10가지를 선정해 발표했습니다. 논문 빅데이터와 머신러닝을 통해 위크 시그널(Weak Signal)^* 을 탐색하는 기법을 활용한 결과인데요. 

과연 글로벌 기술 패권 경쟁 속, 혁신의 원동력이 될 바이오 미래유망기술 10가지에는 어떤 것들이 있을지! 지금 바로 대웅제약 뉴스룸에서 소개해드리겠습니다.

^*위크 시그널(Weak Signal): 중요성을 아직은 판단하기 어렵지만 미래에 대한 정보를 내포하고 있는 작은 신호 또는 이상 징후를 의미함. 최신 과학기술분야의 위크 시그널을 탐색함으로써 장기간 빅데이터 기반의 미래유망기술 예측에서 다루지 않았던 영역을 관찰하고 기술 전략에 도움을 줄 수 있음 

(출처: 한국과학기술정보원, KISTI DATA INSIGHT 제15호 – 미래기술 위크시그널)

1️⃣ 플랫폼 바이오(Platform Bio, 기초·기반, 플랫폼)

2023년 10대 바이오 미래유망기술은 크게 ▲플랫폼 바이오(Platform Bio) ▲레드 바이오(Red Bio) ▲그린 바이오(Green Bio) ▲화이트 바이오(White Bio)로 구분할 수 있습니다. 

먼저 플랫폼 바이오(Platform Bio) 분야를 살펴보겠습니다. 

플랫폼 바이오는 기존 의약품에 적용하여 다수의 후보 물질을 도출할 수 있는 기초·기반, 생명과학 관련 기술을 의미합니다. 해당 분야에서 주목하는 유망기술로는 △생체 내 면역세포 실시간 분석 △AI 기반 인공 단백질 설계 △세포 역노화가 있습니다.

□ 생체 내 면역세포 실시간 분석(In situ immune cell live imaging/sequencing)

다양한 면역세포의 기능을 실시간으로 관찰하는 동시에 관련 유전자 발현을 분석하는 기술입니다.

복잡한 면역반응과 질환별 면역세포의 다양한 기능을 실시간으로 분석하면, 인체 면역 원리에 대한 이해를 높여 더 효과적인 치료제를 개발하는 데 활용할 수 있습니다. 

□ AI 기반 인공 단백질 설계(AI-based artificial protein design)

AI 기술을 활용하여 (아직 자연계에는 존재하지 않는) 인체에 유용하게 기능할 수 있는 인공 단백질을 설계하는 기술입니다.

인공적으로 단백질을 설계하는 일은 실험적 접근 방식으로는 불가능했는데요. 인공 단백질을 설계해 기존 바이오 의약품의 생산과 유통 방식을 획기적으로 바꾸는 데 활용될 수 있습니다. 또한, 인공 단백질의 종류는 무한하기 때문에 기존 구조생물학, 생화학, 세포생물학, 동물모델 연구 등과 함께 높은 시너지 효과를 창출할 수 있습니다. 

□ 세포 역노화(Cell rejuvenation)

세포의 건강을 유지하고, 세포 재생 능력을 복원하기 위해 유도만능줄기세포 등 세포 리프로그래밍을 통한 역노화 연구입니다.

이를 통해 세포의 노화에 의한 각종 퇴행성 질환을 근본적으로 치료할 수 있으며, 건강수명을 연장해 노년 삶의 질 향상에도 도움을 줄 수 있습니다.

2️⃣ 레드 바이오(Red Bio, 의약품 등 보건의료)

레드 바이오(Red Bio)는 혈액의 붉은색을 본 따 붙여진 명칭으로 질병 예방, 진단, 치료와 관련된 신약 개발, 백신 등 보건 의료 관련 기술을 말합니다. 

레드 바이오 분야의 대표적 미래유망기술로는 △개인 맞춤형 암 백신 △임상 적용 가능 유전자 편집 기술 △비침습적 신경 조율 기술이 선정되었습니다.

□ 개인 맞춤형 암 백신(Personalized Cancer Vaccines)

개인 맞춤형 암 백신은 암환자별 특이적 항원의 분석 데이터를 기반으로 개발한 다양한 형태(DNA, RNA, 펩타이드^* 등)의 암 백신입니다. 

종양 항원^*의 방대한 데이터를 활용하여 암 백신 라이브러리를 구축해 신속하게 치료용 또는 예방용 암 백신을 개발할 수 있습니다.

• ^* 펩타이드: 아미노산 단위체들이 인공적으로 혹은 자연 발생적으로 연결된 중합체
• ^*종양 항원: 바이러스 감염으로 세포의 형질 전환이 일어났을 때 세포에 발현되는 특이 항원을 통틀어 이르는 말. 아데노바이러스에 의해 형성된 종양 세포에서 발견됨

□ 임상 적용 가능 유전자 편집 기술(Clinical grade gene editing)

유전자 편집 기술^*을 활용하여 ‘환자 치료’ 목적의 임상에 적용할 수 있는 고도화 기술로 현재 빠르게 발전하고 있는 기술 분야입니다. 

유전자 편집의 높은 효율성과 안정성을 기반으로 유전자 돌연변이 같은 희귀, 난치질환의 임상치료 가능성을 높일 수 있습니다.

^*유전자 편집 기술: 질병이나 형질에 관여하는 세포 내 유전자를 제거하거나 교정, 삽입함으로써 형질이나 질병의 변화를 꾀하는 기술

□ 비침습적 신경 조율 기술(Non-invasive neuromodulation)

비침습^*적 신경 조율 기술(Non-invasive neuromodulation)이란, 코로나 후유증 중 하나인 뇌기능 문제(인지기능 저하, brain fog, 우울증 등)를 부작용과 거부감 없이 회복하고 치료할 수 있는 새로운 개념의 신경조율기법을 말합니다.

비약물의 국소 신경망을 자극해 기존 치료 방법의 거부감이나 부작용을 줄일 수 있습니다. 

^*비침습: 피부를 관통하지 않거나 신체의 어떤 구멍도 통과하지 않고 질병 따위를 진단하거나 치료하는 방법. (예를 들어 초음파 검사는 신체에 상처를 내지 않고 행하기에 비침습적 검사라고 말함)

3️⃣ 그린 바이오(Green Bio, 식품·종자 등 바이오 농업)

• 그린 바이오(Green Bio)는 식품, 종자와 관련된 바이오 농업 기술을 의미합니다. 
• 바이오 미래유망기술로는 △배양육/대체육 고도화 △토양 마이크로바이옴을 꼽을 수 있습니다.

□ 배양육/대체육 고도화(Advanced cultured meat/alternative meat)

기후변화와 팬데믹에 대응하기 위해 동물세포 배양, 식물 유래 단백질 등으로 친환경, 고기능성 대체육류를 생산하는 기술입니다.

축산업에 필요한 자원과 공간을 해결하고, 환경문제를 일으키는 온실가스 배출을 크게 줄이며, 미래 식량 문제를 해결할 수 있습니다.

□ 토양 마이크로바이옴(Biocrusts microbiome)

토양 마이크로바이옴(Biocrusts microbiome)이란, 생물지각 내 마이크로바이옴^*을 파악하고, 개발하여 건강한 토양 생태계 유지를 돕는 기술입니다. 

탄소, 질소 등의 생물지구 화학적 순환에 도움을 줄 수 있고, 토양의 질 높은 영양수준을 유지해 건강한 토양 생태계 보전과 복원에 도움을 줄 수 있습니다.

^*마이크로바이옴: ‘제1의 유전체’라고도 불리는 마이크로바이옴은 인체에 사는 개체 수준의 세균, 바이러스 등의 각종 미생물을 총칭하여 말함

4️⃣ 화이트 바이오(White Bio, 에너지·소재 등 바이오화학/환경)

• 화이트 바이오(White Bio)는 에너지, 소재 같은 바이오 화학·환경 관련 기술 분야를 말합니다.
• 화이트 바이오의 미래유망기술로는 △합성생물학 적용 미생물 공장 △미세플라스틱의 건강 및 생체영향 평가가 있습니다.

□ 합성생물학 적용 미생물 공장(Synthetic microbial factory)

합성생물학^*으로 재설계한 생합성 경로를 미생물에 적용해 천연물질, 화학합성 대체물질, 유용 단백질을 만드는 기술입니다.

이는 자연계에 존재하는 미생물보다 목표 물질을 생산하는 효율성이 높기 때문에 다수의 대사반응 조합으로 복잡한 물질도 만들어낼 수 있어 바이오 제조 역량을 구축에 기여할 수 있습니다.

^*합성생물학: 인공적으로 생명 시스템을 설계∙제작∙합성하는 분야로, 인공 생물학적 경로와 유기체와 같은 새로운 생물학적 기능을 설계하고 엔지니어링하는 기술

□ 미세플라스틱의 건강 및 생체영향 평가(Microplastics biomonitoring)

미세플라스틱은 환경에 나쁜 영향을 끼치는 유해 요소로 전 세계적으로 그 심각성이 부각되고 있습니다. 이로 인해 화이트 바이오 분야에서는 미세플라스틱이 생체에 어떠한 영향을 주는지 모니터링하고, 장기별 독성과 유해성을 검증하여 인류 건강에 미치는 영향을 평가하는 기술이 선정되었습니다.

미세플라스틱이 인체에 유입되는 양에 따라 인체에 미치는 잠재적인 영향 평가를 통해 환경과 건강 관리 방안을 마련하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

• 지금까지 ‘2023년 주목해야 할 10대 바이오 미래유망기술’을 살펴봤습니다.
• 다양한 바이오 미래유망기술을 기반으로 지구와 인류가 모두 건강한 미래가 펼쳐질 수 있기를 기대합니다.