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IBIO 겸임 조동우 교수 <유전자가위·합성생물학…글로벌 바이오는 진화중>

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작성자 김상아 작성일17-06-26 14:34 조회27회 댓글0건

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지난 19일(현지시간)부터 미국 샌디에이고에서는 세계 최대 바이오 행사 '바이오 인터내셔널 컨벤션(바이오USA)'이 진행 중이다. 미국의 주요도시와 대표 바이오 클러스터 중 한 곳에서 매년 6월 개최되는 이 행사에는 100여 개국 대표 제약바이오기업들이 참여한다. 우리나라도 삼성바이오로직스, 셀트리온, 한미약품, 휴온스 등 제약바이오기업들은 물론 미래부와 산자부 등 정부 부처들도 전시관을 만드는 등 'K-바이오 알리기'에 적극 나섰다.

바이오USA는 빠르게 진화하고 있는 세계 제약바이오의 최신 트렌드를 한눈에 볼 수 있는 행사다.
하루에 수백 건씩 글로벌 제약사-바이오텍 간 개별 미팅이 이루어지고, 좀처럼 모이기 힘들었던 업계 관계자들의 네트워킹도 활발하기 때문이다. 올해 참석자들은 "불과 1년 사이에 글로벌 제약바이오의 발전 속도가 무서울 만큼 빨라졌다. 혁신과 변화의 흐름이 거스를 수 없는 물결처럼 느껴진다"면서 "한국 바이오도 잘하고 있다고 생각했는데, 정신이 번쩍 들었다"고 입을 모았다. 특히 웨어러블기기와 줄기세포, 유전체 맞춤의학, 유전자가위, 3D프린터 등 기존 헬스케어산업 생태계를 바꾸는 혁신적인 기술이 등장하면서 관련 시장이 급증하고 있다. 김승우 한양대 에리카캠퍼스 부총장은 "미국 UC샌디에이고에서 개발한 전립선암 치료제는 1년에 600억원의 로열티를 가져다준다"며 "미국 대학이 기술이전 등을 통해 로열티를 벌어들이는 금액이 상당한데 이 중 90%가 생명과학·바이오 분야"라며 "헬스케어 산업이 급격하게 커지면서 우리도 하루빨리 관련 시장에 진출할 수 있는 환경과 시스템이 마련되어야 한다"고 말했다.

무릎연골·장기까지 출력한다, 3D프린팅

현재 30대인 사람들은 무릎 연골이 파열됐을 때 병원 대신 3D프린터가 놓여있는 '공장'으로 가게 될지 모른다. 세포와 같은 생체물질을 3D프린터에 넣고 원하는 형상으로 만들 수 있는 기술 발전 속도가 상당히 빠르기 때문이다. 이처럼 3D프린터에 생체적합성 소재를 넣고 원하는 형상으로 찍어내는 기술을 '바이오프린팅'이라고 부른다. 2008년 일본 도야마대 마코토 나카무라 교수가 최초의 3D바이오프린터를 개발한 이후 채 10년이 되지 않았지만 지난해 12월 중국은 이미 3D프린터로 만든 혈관을 원숭이에게 이식하는 데 성공했다. 이 밖에도 다양한 바이오프린터 기술이 원숭이와 사람 등을 대상으로 한 실험에 성공하면서 상용화 연구가 급물살을 타고 있다. 학술지 '네이처'는 "3D프린터를 이용해 뼈나 장기를 만드는 기술은 이미 준비가 됐다"며 "신체의 어떤 부분이 고장난다 하더라도 바이오프린터가 고칠 수 있을 것"으로 기대했다.

3D프린터를 이용해 뼈나 기관만을 만드는 것이 아니다. 조동우 포스텍 기계공학과 교수는 3D프린터와 줄기세포를 이용해 조직을 재생시키는 기술을 개발해 이전했다. 조동우 교수는 "세포조직으로 바이오잉크를 만든 뒤, 재생시키고자 하는 줄기세포를 넣어 3D세포프린팅 기술로 인공조직을 만들었다"며 "기존의 콜라겐을 이용하여 제작한 인공조직에 비해 세포분화가 활발하게 이루어지는 것으로 확인됐다"고 설명했다. 그는 "현재 돼지 실험이 진행되고 있으며 효과가 좋게 나오는 만큼 금년 중 영장류 실험도 할 수 있을 것"이라며 "3D세포프린팅 기술로 단순히 조직의 외형을 모사하는 기존 연구를 넘어 장기가 손상되어 재생이 필요한 조직에 최적화된 환경을 제공할 수 있을 것"으로 기대했다.

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중국과 미국의 신우주전쟁, 유전자가위

2015년 3월 12일, 학술지 '네이처'에 4명의 저명한 과학자들이 유전자가위와 관련된 '연구 모라토리엄'을 선언했다. 3세대 유전자가위인 크리스퍼의 출현으로 유전자 교정이 손쉬워지자 윤리적으로 문제가 될 수 있는 인간배아 DNA 교정 연구를 중단하자는 내용이었다. 당시 중국에서는 "이미 유전자가위로 인간 배아 유전자를 교정하는 시도가 이뤄지고 있다"는 소문이 돌던 때였다. 하지만 한 달 뒤인 2015년 4월, 중국 중산대 연구진은 인간 배아를 유전자가위로 교정한 논문을 발표했다. 과학계는 깜짝 놀랐지만 충격은 오래가지 않았다. 2015년 12월, 미국에서 열린 '유전자 교정 정상회의' 참석차 모인 전 세계 관련 분야 과학자들은 "유전자가위로 교정한 배아를 착상시키는 것은 절대 안 된다"는 데 동의했지만 "기초연구를 위한 배아 교정은 허용해야 한다"는 데 의견이 모아졌다. 이후 영국 미국 일본 등을 비롯한 여러 나라가 관련 연구를 시작했다. 윤리적 문제에 잠시 주춤거리는 듯했지만 유전자가위 기술 발전에 대한 기대가 더욱 크기 때문이다.

과학자들의 동의가 생긴 지 불과 1년도 채 되지 않은 2016년 10월, 중국은 크리스퍼 유전자가위로 교정한 세포를 인간에게 주입하는 첫 임상을 시작했다. 유전자가위로 교정한 세포는 세포 면역 반응을 막는 유전자가 없다. 이를 폐암 환자의 몸에 다시 넣어 암세포를 공격하도록 하는 것이 임상의 목적이다. 칼 준 미국 펜실베이니아대 교수는 학술지 네이처와의 인터뷰에서 "이번 임상시험이 스푸트니크 2.0이 될 거라고 본다"고 말했다. 스푸트니크 1호가 미국과 옛 소련의 우주경쟁을 이끈 신호탄이었다면 스푸트니크 2호는 중국과 미국의 생의학 경쟁을 이끌 것으로 예상된다. 그는 "경쟁은 매우 중요하다"며 "경쟁은 최종제품의 품질을 향상시키기 마련"이라고 덧붙였다.

최근 식품의약품안전처에 따르면 지난해 11월 기준, 국내외 논문검색 엔진인 펍메드를 통해 확인한 유전자가위 활용 비임상연구(동물실험)는 총 84건이었다. 국가별로는 미국이 전체의 절반 이상인 44건(52%)으로 가장 많았고 중국이 17건(20%)으로 뒤를 이었다. 3위는 한국으로 조사됐지만 실제 이뤄지는 연구는 5건에 불과해 미국의 10분의 1, 중국의 3분의 1 수준에 그쳤다. 질환별로는 감염 질환이 27건(32%)으로 가장 많았고 혈액질환 15건(18%), 유전질환 14건(17%) 순으로 조사됐다.

지난 2월 기준으로 임상등록사이트 '클리니컬 트라이얼스'에 등록된 유전자가위 치료제 임상은 총 17건으로 그중 9건(53%)이 미국의 연구였다. 중국은 5건(29%), 영국은 3건(18%)이었다. 질환별로는 종양 관련이 7건으로 가장 많았고 감염질환 6건, 유전질환 2건 등으로 나타났다. 중국이 첫 스타트를 끊은 지 불과 넉 달 사이에 유전자가위 임상 수는 폭발적으로 늘어난 셈이다.

지구에 없던 물질을 만든다, 합성생물학

캘리포니아에 위치한 아미리스사는 GM효모를 이용해 당분을 디젤 대체물로 활용되는 파네센이라는 물질로 전환하는 데 성공했다. 이 기업은 말라리아 치료제로 이용되는 아르테미신을 대량 생산하는 GM효모를 이용해 디젤 대용물을 만드는 방법을 개발해 합성생물학시장에 뛰어들었다. 아미리스사는 합성생물학을 이용해 GM효모의 대사 시스템에 변형을 가하는 방법을 활용했다. 이미 2008년 사탕수수가 많고 저렴한 브라질에 공장을 열었으며 상파울루에서 버스 연료를 테스트할 정도로 상용화에 다가섰다.

이처럼 지구상에 없는 새로운 생물을 만들어내는 일이 더 이상 공상과학(SF) 영화 속 이야기가 아니다. 합성생물학이라는 새로운 학문이 출현하면서 가능해졌다. 합성생물학의 역사는 길어야 20년으로 상당히 짧지만, 학계에서는 실험실에 머무르던 생물학 연구에 가치를 불어넣어줄 수 있는 도구가 바로 합성생물학이 될 것으로 기대하고 있다.

합성생물학이란 새로운 기능을 가진 생명체를 만들기 위해 기존 생명체의 서로 다른 기능을 인공적으로 합성하는 학문이다. 인공생물학 혹은 인조생물학이라고 말하기도 한다. 생물학, 분자생물학 등 생명과학과 전기, 전자, 컴퓨터 등의 기술과학을 결합해 탄생했다. 미국 매사추세츠공과대(MIT), UC버클리, 프린스턴대 등 미국 유수의 대학에서 연구가 시작됐으며 한국·유럽·일본에서도 관심을 갖고 있다. 인구 증가, 자원 고갈, 기후 변화 등으로 발생하는 문제를 해결하기 위해 새로운 의약품 개발, 에너지 생산 등에 많은 연구가 이뤄지고 있지만 기존 생명체 연구로는 한계가 있다. 이의 해결책으로 기대되는 것이 합성생물학이다. 인간이 원하는 목적에 맞는 연구를 할 수 있기 때문이다.

미국 예일대와 하버드대 연구팀은 인공 아미노산을 활용해 유전자변형 미생물을 만들어 냈다. 미국방위고등계획국(DARPA)은 바이오테크놀로지 연구소를 개설해 합성생물학 연구를 시작했다. 연간 예산만 3억달러에 달한다. 합성생물학 분야의 세계적 석학이자 일본의 합성생물학 연구를 이끌고 있는 요코하마 이화학연구소의 히라오 이치로 박사는 "합성생물학은 DNA의 이중나선구조 규명과 맞먹는 성과"라며 "DNA를 구성하는 아데닌(A), 티아민(T), 구아닌(G), 시토신(C) 외에 인공염기를 추가하게 되면 질병에 훨씬 더 강하거나 척박한 환경에서도 살아남을 수 있는 작물을 만들어 낼 수 있다"고 말했다.

영국은 정부가 주도적으로 나서 합성생물학을 육성하고 있다. 지난 2년 동안 합성생물학 분야에 700억원을 투자해 5개 센터를 설립했다. 영국생물학연구협의회(BBSRC)는 10가지 연구투자 분야 중 첫 번째로 합성생물학을 선정하고 2005년부터 2012년까지 1000억원 이상 과제를 지원했다. 합성생물학은 2013년 영국 8대 미래 기술 중 하나로 선정되며 대규모 투자가 이어지고 있다. 영국은 이를 통해 세계 합성생물학 논문 12%를 쏟아내고 있다. 이는 미국에 이은 두 번째 성과로 독일, 중국 등보다 한참 앞서 있다는 평가를 받는다. 이승구 한국생명공학연구원 바이오합성연구센터장은 "합성생물학이란 인공 염기를 통해 새로운 생물을 만들어 내는 것뿐만 아니라 이를 활용한 다양한 응용 분야까지 포함한다"며 "최근 선진국을 비롯해 많은 나라에서 합성생물학을 산업에 연계하려는 연구가 활발하다"고 말했다.

 

http://news.mk.co.kr/newsRead.php?&year=2017&no=414168 

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