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인류의 식량 부족 문제를 해결하기 위해 다양한 품종 개량, 식량 자원의 생산성 향상과 효율적인 이용, 식량 자원의 폐기율 감소등의 방법이 연구되고 있다.
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■ 김장성 / 한국생명공학연구원 원장
[앵커]코로나19 대유행을 계기로 건강과 보건에 대한 관심이 높아지면서, 전 세계적으로 주목받고 있는 분야가 바로 생명과학입니다. 우리나라도 생명과학 분야에 많은 투자와 혁신을 일으키며, 바이오 경제 시대를 열고 있는데요.
오늘 과학의 달인 우리나라를 대표하는 바이오 분야 전문 연구기관, 한국생명공학연구원 김장성 원장과 함께합니다. 어서 오십시오. 자세한 얘기를 나누기 전에 우선 시청자에게 간단한 인사와 한국생명공학연구원이 어떤 곳인지 직접 소개해 주시죠.
[김장성]사이언스 투데이 시청자 여러분, 안녕하세요. 한국생명공학연구원 원장 김장성입니다. 저희 생명공학연구원은 대한민국 바이오 R\u0026D 허브이자 바이오 경제를 선도하는 생명공학 분야의 국내 유일의 국책 연구기관입니다.
#생명공학 #바이오 #경제
[YTN 사이언스 기사원문] https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082\u0026s_hcd=\u0026key=202204141636035637
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첨단 생명 기술 – 네이버 블로그
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Source: m.blog.naver.com
Date Published: 6/9/2022
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[과학의 달인] 첨단 생명공학 기술로 ‘바이오 경제’ 실현
외 연구거점 마련, 기초 원천 연구 및 R&D 인프라 제공, 인력양성과 바이오산업 생태계 조성 등을 통해 국가 생명과학 기술혁신과 바이오산업의 발전을 …
Source: m.science.ytn.co.kr
Date Published: 11/12/2021
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첨단생명공학기술 활용 – 강원도청
첨단생명공학기술 활용. 소는 약 20일 주기로 발정이 오며 1개의 난자가 배란되고, 임신이 되면 약 285일의 임신기간을 가진 후 분만하게 되는데 보통 일 년에 한 마리 …
Source: www.provin.gangwon.kr
Date Published: 6/29/2022
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인류의 운명을 디자인 하는, 첨단바이오 기술 – Sciencetimes
한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 김하성 박사팀 또한 AI와 인공미생물을 결합하여 유해물질을 식별하는 신기술을 개발하였습니다. 유해 방향족 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 5/3/2022
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6. 생명기술과 미래의 기술
01생명기술의 이해: 1) 생명기술의 개념과 특성: ① 의미 : 동물, 식물, … 시스템 와 이동 통신망을 활용한 첨단 수송 시스템의 발달: 4) 미래의 정보 통신 기술 …
Source: www.edunet.net
Date Published: 5/16/2021
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4. 첨단 생명 기술의 세계 – Quizlet
Study with Quizlet and memorize flashcards containing terms like 생명 기술, 적용 범위가 넓다,부가 가치가 크다,융합하기 쉽다,친환경 기술이다, 품종 개량 기술 …
Source: quizlet.com
Date Published: 7/12/2021
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‘인류 건강 지킨다’ 출연연 첨단 바이오기술 선두 – 대전일보
7일 국가과학기술연구회(NST)에 따르면 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 김하성 박사팀은 인공지능(AI)과 인공미생물을 결합해 유해물질을 식별 …
Source: www.daejonilbo.com
Date Published: 3/15/2021
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주제에 대한 기사 평가 첨단 생명 기술
- Author: YTN 사이언스 투데이
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- Date Published: 2022. 4. 14.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=19TWqelGgjY
[과학의 달인] 첨단 생명공학 기술로 ‘바이오 경제’ 실현
■ 김장성 / 한국생명공학연구원 원장
[앵커]코로나19 대유행을 계기로 건강과 보건에 대한 관심이 높아지면서, 전 세계적으로 주목받고 있는 분야가 바로 생명과학입니다. 우리나라도 생명과학 분야에 많은 투자와 혁신을 일으키며, 바이오 경제 시대를 열고 있는데요.
오늘 과학의 달인 우리나라를 대표하는 바이오 분야 전문 연구기관, 한국생명공학연구원 김장성 원장과 함께합니다. 어서 오십시오. 자세한 얘기를 나누기 전에 우선 시청자에게 간단한 인사와 한국생명공학연구원이 어떤 곳인지 직접 소개해 주시죠.
[김장성]사이언스 투데이 시청자 여러분, 안녕하세요. 한국생명공학연구원 원장 김장성입니다. 저희 생명공학연구원은 대한민국 바이오 R&D 허브이자 바이오 경제를 선도하는 생명공학 분야의 국내 유일의 국책 연구기관입니다.
정부는 우리나라를 이끌어갈 3대 성장 동력 산업 중 하나로 생명공학 분야를 집중 육성하고 있는데요. 생명공학연구원은 1985년 설립 이래 37년간 국가·사회적 연구개발 수요에 맞춰 국내․ 외 연구거점 마련, 기초 원천 연구 및 R&D 인프라 제공, 인력양성과 바이오산업 생태계 조성 등을 통해 국가 생명과학 기술혁신과 바이오산업의 발전을 선도해왔습니다.
[앵커]생명공학 분야의 유일한 국책 연구기관이자 허브 역할을 해온 기관이라고 소개해 주셨는데요. 그런 만큼 많은 연구 성과가 있겠지만 떠올리기 쉽게 최근에 거둔 대표적인 성과 몇 가지 알려주시죠.
[김장성]먼저 저희 연구원은 2019년 발생한 코로나19 팬데믹으로 인한 국가적 위기 상황 극복을 위해 기관 차원의 신속 총력 대응에 최선을 다하였습니다.
세계 4번째로 코로나19 영장류 감염 모델을 개발하고, 백신·치료제의 효능평가를 신속하게 지원함으로써 바이오·제약기업이 조기에 임상에 진입할 수 있도록 기여하는 등 백신·치료제 개발의 실질적인 허브 역할을 수행하였습니다. 그리고 지난해에는 다양한 유전 질환 치료에 사용 가능한 초소형 유전자 가위 기술을 개발했습니다.
유전자도 교정 과정을 거치면 질병 치료에 활용할 수 있고, 유전자 가위는 유전자를 교정하는 도구를 말합니다. 유전자 교정 치료의 핵심은 유전자를 원하는 체내의 세포로 전달하는 것인데, 이때 아데노연관바이러스라는 바이러스 벡터를 이용하여 체내로 유전자를 전달합니다. 기존에 개발된 대표적인 유전자 가위로는 ‘CRISPR-Cas9’가 있지만, 아데노바이러스가 전달할 수 있는 유전자 크기보다 훨씬 커서, 가장 대중적인 기술임에도 유전자치료제로서 그 활용에 한계가 있었습니다.
이런 단점을 해소할 수 있는 유전자 가위로는 Cas9보다 크기가 1/3로 작은 ‘CRISPR-Cas12f1’ 시스템이 있지만, 유전자 교정 효율이 매우 낮아 실제적인 치료제로서의 매력이 없는 문제가 있었습니다. 저희 연구원은 앞서 말씀드린 두 가지 유전자 가위의 장점을 살려 높은 교정 효율과 안정성을 확보한 유전자 가위 기술 ‘CRISPR-Cas12’ 개발에 성공했습니다.
교정하고자 하는 유전자 표적을 인식하는 가이드 RNA를 최적화하여 Cas12f1 시스템의 교정 효율을 Cas9 수준까지 향상시킨 것인데요. 또한 CRISPR 유전자 가위의 고질적인 문제였던, 처음 의도하지 않았던 다른 유전자에 영향을 미치는 오프-타깃(off-target) 문제와 관련하여 Cas9보다 오프-타깃이 절반 이하로 발생함을 입증함으로써 유효성과 안전성을 고루 갖춘 유전자 치료제를 개발하였다는 점에서 의의가 크다고 말씀드릴 수 있겠습니다.
[앵커]그러니까 기존의 유전자 가위를 더 정교하게, 더 안전하게 개선해냈다는 건데, 그렇다면 실제 유전 질환 치료에는 언제쯤 쓰일 수 있는 건가요?
[김장성]현재 ‘CRISPR-Cas12’ 기술은 국내 바이오 벤처 회사에 기술이전 되어 여러 유전병에 적용하며 실용화 연구를 진행하고 있습니다. 다만 우리나라는 유전자가위 기반의 유전자치료제 개발이 아직 초기 단계로 비임상, 임상 등에서의 기준을 새롭게 마련해야 하는 이슈가 있습니다. 국민 여러분들이 체감하실 수 있는 치료제 수준의 실용화를 위해서는 아직 후속 연구가 장기간에 걸쳐 진행되어야 합니다.
[앵커]좋은 소식을 들으려면 조금 더 기다려야겠군요. 지금 선진국들은 하나같이 바이오산업을 미래 먹거리로 꼽고 있습니다. 우리나라도 마찬가지인데요. 바이오산업이 왜 이렇게 중요한지, 또 앞으로 주목해야 할 바이오 기술은 뭔지 알려주시죠.
[김장성]바이오 기술은 인류의 4대 난제라고 할 수 있는 건강/보건, 환경, 에너지, 식량 문제를 해결하기 위한 핵심 기술이며, 타 기술과의 융합의 중심에 있으며 융합 기술을 통한 신시장 창출의 효과가 매우 크다는 장점이 있습니다. 향후 주목해야 할 분야는 크게 두 가지로 볼 수 있습니다.
합성생물학과 바이오 파운드리, 마이크로바이옴라는 기술입니다. 우선 합성생물학은 다양한 부품을 조립해 자동차를 만들듯, 단백질과 효소를 부품으로 자연에 없던 생물체를 만들어내는 기술이고, 바이오 파운드리는 AI, 로봇 등을 합성생물학에 적용시킬 수 있는 생물학 실험 및 제조공정 고속 자동화 플랫폼입니다.
주요 선진국에서는 합성생물학을 국가 핵심 기술 분야로 중점 육성하고 있고, 세계적으로 이미 수백 개의 스타트업이 설립되고 있습니다. 우리나라 역시 지난해 바이오 파운드리를 중심으로 바이오 제조 혁신을 위해 합성생물학 생태계를 조성하고 지원하겠다는 계획을 발표한 바 있습니다.
저희 연구원에서는 10여 년 전부터 합성생물학을 미래 중점분야의 하나로 선정하고 전문 연구조직인 합성생물학전문연구단을 운영해오고 있으며, 관련 원천기술을 확보하고, 파일럿 규모의 연구용 바이오 파운드리를 구축하여 운영하고 있으며, 글로벌 바이오 파운드리 연맹에도 참여하고 있습니다.
[앵커]우선 합성생물학과 바이오 파운드리를 설명해주셨는데요. 마이크로바이옴은 뭔가요?
[김장성]네, 마이크로바이옴이란 특정 환경에 존재하는 미생물과 미생물의 유전 정보를 의미하는데요, 인체 마이크로바이옴은 중요한 면역작용에 관여하며 약물에 대한 반응을 조절하고 신진대사에 큰 영향을 준다고 알려져 제2의 장기라고 불리고 있습니다.
특히 장내 세균 불균형이 소화기 질환뿐만 아니라 비만, 당뇨, 자폐증 등 다양한 질병의 위험성을 높이는 것으로 밝혀지면서, 글로벌 제약사를 비롯한 유수의 기업들이 마이크로바이옴 기술에 대한 공격적인 움직임을 보이고 있습니다. 저희 한국생명공학연구원에는 국가연구개발사업에서 도출되는 생물자원을 기탁 받아 관리하는 생물자원센터가 있습니다.
이곳에선 2016년 11월부터 한국인 장내 마이크로바이옴 뱅크를 구축해 운영하고 있는데요. 현재까지 임산부, 신생아, 소아 청소년, 성인, 노인 등 생애 주기별로 800명 이상의 분변 시료로부터 실물 자원을 확보하여 연구 인프라로서 관리하고 활용을 지원하고 있습니다.
[앵커]바이오산업이 왜 중요한지, 또 주목해야 할 기술은 뭔지 설명해 주셨는데요. 바이오산업계에서 우리나라의 위상도 궁금합니다. 코로나 시기에 우리 바이오산업이 많은 주목을 받았다고 하는데, 우리가 특히 앞서가는 분야는 뭔가요?
[김장성]네, 일단 잘 아시다시피 코로나19 팬데믹은 국내 바이오산업 생태계 성장 잠재력을 확인할 수 있는 기회였습니다. 감염병 대응의 핵심이라고 할 수 있는 백신과 치료제 분야에서 국내 기술 상용화가 되지 못한 아쉬움은 남는 부분이지만, 코로나19 진단 시약은 전 세계 170여 개 국가로 수출되는가 하면, 우리나라가 제안한 코로나19 등 감염병 진단 기법이 국제표준화기구에 등록되어 국제 표준으로 제정된 것은 매우 고무적인 사례라고 할 수 있습니다.
다음으론 세계적인 수준의 바이오의약품 위탁 생산 역량을 꼽을 수 있습니다. 우리나라는 전 세계에서 개발된 코로나 백신과 치료제의 글로벌 생산기지로 자리매김하고 있으며, 특히 바이오의약품 수탁생산 1위인 삼성바이오로직스는 세계 최대의 생산시설을 보유하기 위해 공장 등 인프라를 증설하며 그 위상을 더욱 높이고 있습니다.
그 밖에도 마이크로바이옴 분야의 생산공정, 효소 공학, 생물자원 탐색 등의 응용기술과 첨단 재생 바이오 분야의 줄기세포 활용 치료 기술과 세포치료제와 같은 첨단 바이오의약품 기술 그리고 합성생물학 분야의 미생물 개량 및 대량생산 기술 등에서 상대적인 강점을 보유하고 있습니다.
[앵커]말씀하신 것처럼 많은 성과를 거뒀지만 우리는 여전히 패스트 팔로워 즉 빠른 추격자로 분류되고 있습니다. 바이오산업을 주도하는 ‘퍼스트 무버’가 되기 위해선 어떤 전략이 필요할까요?
[김장성]바이오산업이 지속적인 성장을 이루기 위해서는 ‘혁신 생태계’가 구축되어야 합니다. 즉, 고위험⋅ 고수익의 연구개발 성과들이 끊임없이 창출되어야 하는데요. 우리나라는 코로나19 진단 기기 시장을 통해 우리나라의 과학기술의 우수성을 입증하였으나, mRNA 백신과 같은 고위험-고수익 연구개발 분야에서 기술 패권을 확보하기 위해서는 전략적이고 체계적인 지원이 필요한 상황입니다. 그래서 저는 한 가지 제안을 하고자 합니다.
우선 10대 국가 필수 전략기술의 하나인 첨단 바이오 분야의 연구 개발을 위해서는, 혁신적인 아이디어의 실용화가 많이 성공한 대표적인 조직인 국방성 고등연구계획국(DARPA)을 벤치마킹하여 한국형 첨단 바이오 연구 지원단 ARPA-B (Advanced Research Projects Agency-Bio)의 운영을 제안합니다.
우수한 연구 경험과 역량, 전문성과 네트워크를 갖춘 프로그램 매니저(PM)와 국가 차원의 리더십과 연구기반을 갖춘 바이오 전문기관의 개방형 협력을 통한 지원을 받는다면 혁신적인 아이디어가 사업화되는 확률이 매우 높아질 것으로 기대합니다.
[앵커]기술 개발뿐 아니라 실용화까지 총괄하는 컨트롤 타워가 반드시 필요하다는 말씀이군요. 이제 원장님에 대한 질문도 드릴게요. 원장님께서는 연구자 시절 항암제 개발에 힘쓰셨다고 들었는데요. 어떻게 이 분야를 선택하게 된 건지, 또 기억에 남는 성과는 무엇인지 들려주시죠.
[김장성]제가 대학을 진학한 1980년대 중반에 우리나라에선 유전공학 붐이 한창 일어나고 있었습니다. 포메이토, 라이거와 같은 유전자 재조합 기술들이 일반에 소개되고, 유전공학이 향후 10년 이내에 세상을 바꿀 거라는 이야기들이 미디어에 노출되던 시기였습니다. 학창 시절 평소에도 생물 쪽에 관심이 많았지만, 그런 것들에 영향도 받아 유전공학을 연구할 수 있는 분야로 진로를 결정하게 되었습니다.
저는 암의 성장이나 전이를 연구하는 암 생물학 분야에서 20여 년의 연구 경력이 있습니다. 이 기간 기억에 남는 성과라면, 혈관신생억제 활성을 갖는 바이오 항암제를 우리나라에선 최초로 미국 FDA에서 국제 임상시험 1상 시험 승인을 받은 것을 꼽고 싶습니다.
미국 FDA 임상 1상을 준비해 보신 분들은 아시겠지만, 제조 품질관리부터 임상 프로토콜까지 굉장히 많은 자료가 필요한데요, 이런 자료를 준비하는 것 자체가 값진 경험이었을 뿐만 아니라, 이런 노력들이 승인이라는 성과로 보상받게 된 것이 아직도 굉장히 소중한 기억으로 남아있습니다.
[앵커]이제는 과학자로서, 기관장으로서 생명공학 연구의 중추적인 역할을 수행하고 계신데요, 앞으로의 계획과 포부도 들려주시겠어요?
[김장성]말씀하신 것과 같이 저희 생명연은 국가 필수 전략 기술 중 하나인 첨단 바이오 분야와 국가 아젠다 해결 기술을 개발하고, 산학 연병을 지원하는 인프라 역할에 주력하고 있습니다.
그중에서 특히 바이오 의약 분야 신약 개발 대형 성과를 창출하기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 그동안 30여 년 축적된 연구원 각 부분의 기반 기술과 관련 사업을 연계하여, 기능별로 신약 개발 파이프라인 구축을 전담하는 매트릭스형 R&D 사업으로 운영할 예정입니다.
또한, 앞서 말씀드린 유전자치료제, 마이크로바이옴, 세포치료제 등의 첨단 바이오의약품의 핵심기술 확보를 통해 차세대 신약 개발 파이프라인으로 발전시키고자 합니다.
이를 위해 수월성을 가진 우수 성과에 대해 장기간 안정적으로 지원하고, 국내외 연구 주체와의 전략적 파트너십을 통해 신약 분야에서 생명연 브랜드로 각인될 수 있는 유의미한 성과를 창출하여 국가 혁신 생태계에 기여하도록 하겠습니다.
[앵커]우리나라가 명실공히 바이오산업 선진국으로 도약하는 데 앞으로도 힘써주시기 바랍니다. 지금까지 한국생명공학연구원 김장성 원장과 함께 했습니다. 고맙습니다.
YTN 사이언스 김기봉 ([email protected])
소는 약 20일 주기로 발정이 오며 1개의 난자가 배란되고, 임신이 되면 약 285일의 임신기간을 가진 후 분만하게 되는데 보통 일 년에 한 마리의 송아지를 생산합니다. 능력이 좋은 암소일지라도 일생동안 생산할 수 있는 송아지는 10두 미만이고, 자체능력이 낮은 암소에 능력이 우수한 종모우(씨수소)를 교배하더라도 생산된 송아지는 어미소의 영향을 받아 유전적 능력이 한정됩니다.
이러한 문제 해결을 위해 한우의 개량은 수소의 정액을 이용한 인공수정 기법으로 수행되어왔으나 우수한 암소의 능력은 인공수정 기법 이용에 어려움이 있어 지연되었습니다. 하지만 수정란이식 기술을 이용할 수 있게 되면서 인공수정 기법보다 약 3배 이상 개량속도가 빨라졌고, 특히 우수한 송아지를 조기에 대량생산 할 수 있기 때문에 축산선진국은 이미 수정란이식 기술을 이용한 우량 종축생산이 진행되고 있습니다.
수정란이식 기술을 이용하면 능력이 우수한 소에서 1회에 약 5~10개의 수정란을 회수(채란)할 수 있고, 2~3회까지 반복하여 수정란을 채란할 경우 10~30개의 수정란 생산이 가능합니다. 이처럼 우수한 소에서 생산된 수정란을 능력이 낮은 소에 이식하여 50%가 수태되면 약 5~15두의 송아지를 생산할 수 있어 한 마리의 암소가 일생동안 생산하는 송아지를 일 년 만에 얻을 수 있게 돼 개량기간을 크게 단축할 수 있습니다.
강원도축산기술연구소는 도내 고능력 암소 번식기반 조성을 통한 농가 소득증대를 목적으로 ‘우량암소 수정란 이식지원’사업을 추진하고 있습니다. 연구소 내 유전능력평가 상위 20%암소와 도내 우량암소에서 고능력 수정란을 생산하여 능력이 낮은 소에 이식함으로써 단기간에 우수한 혈통집단을 조성하여 강원도 한우농가의 경쟁력을 강화할 수 있도록 노력하겠습니다.
인류의 운명을 디자인 하는, 첨단바이오 기술 – Sciencetimes
‘만에 하나’. 우리는 일상에서 드물게 일어날 법한 일을 이야기할 때 ‘만에 하나’ 라는 말을 쓰곤 합니다. 어떠한 일이 1만 번 중에 한 번 일어날 정도라면 상당히 낮은 확률이죠. 아마 내기를 한다면 0.01%의 확률에 걸기보단 99.99%의 확률에 거는 것이 합리적인 선택일 것입니다. 하지만 ‘만분의 일’이라는 낮은 확률에 도전하는 사람들이 있습니다. 바로 신약을 개발하는 연구자들이죠. 일반적으로 신약 개발의 최종 성공률은 0.01%, 만분의 일 정도라고 합니다. 이렇게 낮은 확률임에도 많은 연구자들이 신약개발에 몰두하고 있는 것은 누군가의 건강을, 누군가의 생명을 살릴 수 있는 일이기 때문일 것입니다.
더욱이 이번 코로나19 팬데믹을 겪으면서 바이오 기술은 국민의 생명뿐만 아니라 국가안보, 대외협상력 그리고 경제회복력까지 직결된다는 것을 절감했습니다. 이에 국가 차원에서도 첨단바이오 기술을 10대 국가필수전략기술로 지정하여 집중 육성하고 있습니다. 국민의 생명과 안전을 지키는 일은 확률 게임이 아니기 때문이겠죠. 이번 꿰어야보배 4월호에서는 국민의 건강을 지키기 위해 끊임없이 노력하고 있는 출연연의 첨단바이오 연구성과에 대해 알아보도록 하겠습니다.
합성생물학이라는 단어를 들어보셨나요? 합성생물학은 현재까지 알려진 생명정보와 구성요소를 바탕으로 기존 생명체를 모방하여 변형하거나, 기존에 존재하지 않았던 생물의 구성요소와 시스템을 인공적으로 설계하는 학문입니다. 합성생물학을 이용한다면 약물 분비등의 의약품 기능을 하는 장내 미생물, 인공 육류를 생산하는 식물 등 기존 존재하는 생물에 유용한 기능을 추가할 수 있게 됩니다. 실험으로 후보물질을 찾는 방식에 비해 연구개발 속도는 높이고 비용은 크게 낮출 수 있게 되어 차세대 바이오산업의 트렌드로 주목받고 있는 분야입니다. 합성생물학을 구현하는 수단인 바이오 파운드리는 AI 기반의 유전체 디자인, DNA의 대량 합성, 자동 조립, 인공 세포 구축 및 테스트까지의 과정을 인공지능의 분석과 재학습을 통해 정확성과 속도를 높이는 생물학 실험 자동화 플랫폼입니다. 이를 이용해 최적화된 제품을 고효율로 생산해낼 수 있죠. 바이오 연구의 난제인 속도, 규모, 불확실성의 한계를 극복하여, 바이오 분야의 게임 체인저 역할을 해내고 있죠.
한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 김하성 박사팀 또한 AI와 인공미생물을 결합하여 유해물질을 식별하는 신기술을 개발하였습니다. 유해 방향족 물질은 산업폐기물, 잔류농약 등에서 다양하게 발생하며 인체 및 동물 내에서 여러 부작용의 원인이 됩니다. 미생물에는 이러한 유해물질을 감지하는 다양한 유전자들이 분포하여 이를 조합한 새로운 유전자 회로를 이용한 바이오센서가 합성생물학의 한 분야로 연구되고 있었습니다. 하지만 이러한 바이오센서는 낮은 특이성과 환경 의존적인 변동성의 한계로 인하여 실용화까지의 어려움이 있었죠. 연구팀은 이러한 한계를 인공적인 단백질 변이 유발을 통해 다양한 신호를 모은 빅데이터를 생성하여 인공지능 모형을 도입하였습니다. 연구팀의 인공지능 모형은 11개의 유해물을 최대 95.3%의 정확도로 식별하게 하였으며, 단일 바이오센서 사용 시 40% 이하의 정확도를 보인 것에 비해 현저한 향상을 보였습니다.
이처럼 기존의 바이오기술은 인공지능 기술과 결합하여, 보다 빠르고 정확한 바이오 산업의 패러다임을 만들어나가고 있습니다. 한국생명공학연구원의 바이오 파운드리 구축과 뛰어난 연구들이 국내 합성생물학의 마중물 역할을 해낼 수 있기를 바랍니다.
지난 수 천년 간 민족의 건강을 지켜온 한약은 현재 안전성과 유효성을 입증하며 현대의학의 한계를 극복해 나아가고 있습니다. 한국한의학연구원은 그 중심에서 한의 기반 암 치료제 개발을 위해 끊임없는 도전을 일궈가고 있죠. 한국한의학연구원 한의기술응용센터 정환석 책임연구원 연구팀은 지난해 6월, 식품의약품안전처로부터 한의기반 면역항암제 후보물질인 ‘KIOM-ICI-1’의 임상2상시험계획을 승인받았다고 밝혔습니다. 한약 기반 소재에서 항체 치료가 아닌 면역 관문을 차단하는 효능의 항암제로서의 임상시험이 승인된 첫 사례인데요. 면역항암제는 수술과 화학요법, 방사선 치료의 1세대 항암제와 2세대 항암제인 표적치료에 이어 차세대 항암 치료제로 주목받고 있습니다.
일반적으로 면역세포는 면역 관문이라 불리는 단백질을 세포막에 가지고 있어, 자가면역반응을 억제할 수 있습니다. 우리 몸에 존재하는 정상 세포 단백질은 면역세포에 존재하는 면역 관문 단백질과 결합하여 면역세포를 비활성화시킵니다. 암세포는 이 기전을 이용하여 면역세포로부터 스스로를 보호하게 되는데요. 정상 세포의 단백질을 과발현하여 공격해오는 면역세포를 속이고, 면역세포는 암세포를 살해하지 못하게 되는 것이죠. 이에 따라 면역 관문 단백질과 암세포 리간드의 결합을 방해하여 암세포 살해 기능을 유지하는 약물 개발이 활발하게 진행되었습니다.
한국한의학연구원의 KIOM-ICI-1 또한 암세포의 면역체계 회피 기전인 면역 관문을 차단하여 면역세포의 활성을 향상시키고 종양의 크기를 50% 이상 억제하는 항암제 후보물질입니다. 정환석 박사 연구팀은 이어서 오이풀 뿌리 ‘지유’에서 한의 기반 면역 관문 차단제 후보물질을 추가 발굴하였는데요. 기존 복분자에서 발굴한 ‘KIOM-ICI-1’에 이어, 추가 발굴된 지유 추출물은 60% 이상의 암세포 사멸 효과를 보였습니다. 과학적으로 안전성이 입증된 한약재를 바탕으로 만성, 난치성 질환 극복에 새로운 파장을 불러일으키는 한의연의 또 다른 내일을 기대해봐도 좋을 것 같습니다.
한국화학연구원 손종찬 책임연구원 연구진이 발굴한 에이즈 치료제 신약 후보물질 ‘KM-023’이 지난 2021년 6월 중국 국가약품감독관리국으로부터 신약으로 시판 허가를 받았습니다. 화학연 개발 신약 가운데 상용화 된 것은 이번이 처음인데요. 신약 후보물질은 2012년 국내 신약개발 기업 카이노스메드에 기술이전 되어 국내에서 임상 1상을 마치고, 2014년 에이즈 환자 증가율이 높은 중국 내 상용화를 위해 중국 제약사 ‘장수아이디’에 신약 후보물질의 중국 판권을 이전하였습니다. 이후 2016년 KM-023은 중국 내에서 우선 심사대상으로 지정돼 빠른 속도로 임상 1~3상을 거쳐 신약판매 최종 허가를 받게 되었습니다.
현재 항 HIV 약제는 전 세계적으로 약 25가지 이상의 종류가 있습니다. 약제는 크게 핵산 역전사효소 억제제, 비핵산 역전사효소 억제제, 단백분해효소 억제제, 인터그레이즈 억제제, 침입 억제제, 부착 후 억제제의 6종류로 분류됩니다. 기본 개념은 HIV가 증식하는데 필요한 물질인 역전사효소, 단백분해효소 등을 억제하여 증식을 막는 것이죠. 하지만 항 HIV 약제는 바이러스의 활동을 억제할 뿐, 몸 안의 바이러스를 전부 사라지게 해주는 것이 아닙니다. 약을 중단하면 얼마 지나지 않아 다시 바이러스가 증가하게 되므로, 만성질환과 같은 에이즈는 평생 약을 복용하면서 관리를 해야 하는데요. 에이즈 치료제에는 크고 작은 부작용이 뒤따르게 되어 기존의 약보다 높은 효율인 Best-in-class 약제의 개발이 필요한 상황이었습니다.
KM-023은 새로운 비핵산계열 역전사효소 저해제(NNRTI)로 기존 NNRTI 약제인 Sustiva의 대체제로 개발되었습니다. Sustiva는 현재 시판되고 있는 NNRTI 계열 중 매출액이 1조원이 넘는 블록버스터 제품이지만 중추신경계와 최기형성과 같은 부작용이 보고되고 있었죠. KM-023은 약동력학 시험결과 Sustiva 보다 훨씬 낮은 투여량에도 동등한 효과를 보여, 환자의 약물 투여 부담을 줄일 수 있고, 안전성 시험결과 여러 중추신경계질환(CNS) 관련 부작용 또한 보고되지 않았습니다. 현재도 일부 국가에서 에이즈 환자는 증가하고 있는 추세이며, 감염자 또한 꾸준한 치료가 필요한 만큼 KRICT의 신약 후보물질 개발 성공 소식이 많은 환자들에게 새로운 희망이 되길 바라겠습니다.
지금까지 첨단바이오산업의 최전선에서 끊임없이 노력 중인 출연연의 성과에 대해서 알아보았습니다. 사석성호. 어떤 어려운 일이라도 성심을 다하면 이룰 수 있다는 말입니다. 한국과학기술기획평가원의 2020년 기술수준평가 보고서에 따르면, 현재 대한민국의 첨단바이오산업은 최고 기술국 대비 77% 정도의 수준으로 추격자의 위치에 놓여 있습니다. 하지만 최근 감염병에 대한 국민 인식, 정부와 기업의 관심 및 투자 증가로 기술 개발의 톱니바퀴가 힘차게 돌아감에 따라 기술격차 또한 빠르게 줄어들고 있는 상황이죠. 씨앗이 나무가 되어 첨단바이오산업이 대한민국 미래 발전의 혁신 동력이 될 수 있는 그 날까지, 출연연은 대한민국의 바이오 허브 역할로서 함께할 것입니다.
* 이 글은 국가과학기술연구회(NST)에서 발간하는 ‘꿰어야 보배’로부터 제공받았습니다.
[꿰어야 보배 바로가기](3328)
‘인류 건강 지킨다’ 출연연 첨단 바이오기술 선두
AI 기반 미생물 바이오센서 집합체 개념도. 사진=생명연 제공
코로나19가 전 세계를 덮치면서 신약개발 등과 직결되는 바이오 기술이 국가 경쟁력을 높이는 핵심 기술로 주목받고 있다. 10대 국가필수전략기술 중 하나로 꼽히며, 국민 생명뿐 아니라 국가안보까지 책임지는 첨단바이오 기술 개발을 위해 정부출연연구기관(출연연)이 선두에서 마중물 역할을 톡톡히 해내고 있다.
7일 국가과학기술연구회(NST)에 따르면 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 김하성 박사팀은 인공지능(AI)과 인공미생물을 결합해 유해물질을 식별하는 신기술을 개발하는 데 성공했다. 미생물에는 유해물질을 감지하는 다양한 유전자들이 분포한다. 이를 조합한 유전자회로로 새로운 바이오센서를 개발, 유해 화합물질을 감지하는 연구가 활발한 상태다. 하지만 바이오센서는 낮은 특이성과 환경 의존적인 변동성의 한계로 인해 실용화하는 데 어려움이 있었다.
이에 연구팀은 인공적인 단백질 변이를 유발해 이 같은 문제점을 극복했다. 연구팀의 인공지능 모형은 11개의 유해물을 최대 95.3%의 정확도로 식별했다. 단일 바이오센서 사용 시 40% 이하의 정확도를 보인 것과는 크게 대조적이다.
해당 기술은 향후 환경 시료의 유해물 감시·식별이나 생체내 유해물질의 모니터링에도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
한국한의학연구원은 차세대 항암 치료제를 개발하는 성과를 냈다. 한의기술응용센터 정환석 책임연구원 연구팀은 한의기반 면역항암제 후보물질인 ‘KIOM-ICI-1’의 임상2상시험계획을 승인받았다. 항체 치료도 아닌 면역 관문을 차단하는 항암제가 한약 기반 소재에서 임상시험이 승인된 첫 사례다.
KIOM-ICI-1은 암세포의 면역체계 회피 기전인 면역 관문을 차단해 면역세포의 활성을 향상시키고, 종양의 크기를 50% 이상 억제하는 효과를 지녔다.
연구팀은 이어서 오이풀 뿌리 ‘지유’에서 한의 기반 면역 관문 차단제 후보물질을 추가 발굴했다. 기존 복분자에서 발굴한 ‘KIOM-ICI-1’에 이어, 추가 발굴된 지유 추출물은 60% 이상의 암세포 사멸 효과를 보였다.
후천성면역결핍증 에이즈 치료제를 개발한 한국화학연구원 연구진. 사진=한국화학연구원 제공
한국화학연구원은 에이즈 치료제를 상용화하는 성과를 내 주목을 받았다. 손종찬 책임연구원 연구진이 발굴한 에이즈 치료제 신약 후보물질 ‘KM-023’은 지난해 중국 국가약품감독관리국으로부터 시판 허가를 받았다. KM-023은 환자의 약물 투여 부담을 줄이는 한편, 중추신경계질환(CNS) 관련 부작용도 보고되지 않아 안전성을 입증 받았다.
NST 관계자는 “대한민국의 첨단바이오산업은 최고 기술국 대비 77% 정도의 수준”이라며 “첨단바이오산업이 대한민국 미래 발전의 혁신 동력이 될 수 있는 그 날까지 출연연이 바이오 허브 역할을 다할 것”이라고 말했다.
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