생명연이 선정한 '10대 바이오 미래유망기술'

[아이뉴스24 최상국 기자] 차세대 유전체 합성, 소포체 기반 약물전달 기술, 바이오장기 생산 키메라 기술, 환경오염물질 분해 마이크로바이옴 등이 대표적인 바이오 분야 미래 유망기술로 분석됐다.

28일 한국생명공학연구원(원장 김장성)은 '2022년 10대 바이오 미래유망기술'을 선정해 바이오 정보 포털사이트인 '바이오인(www.bioin.or.kr)에 공개한다고 밝혔다.

매년 바이오 분야 미래유망기술을 선정해 온 생명연은 올해는 한국과학기술정보연구원(원장 김재수) 데이터분석본부와 협력해 머신러닝을 통해 이슈 키워드를 분석하는 '위크시그널(Weak Signal)' 기법으로 객관성과 정확성을 강화했다.

'위크시그널'은 '중요성을 아직은 판단하기 어렵지만, 미래에 대한 정보를 내포하고 있는 작은 신호 또는 이상 징후'를 의미하는 것으로 KISTI는 논문 빅데이터와 인공지능 알고리즘을 기반으로 위크시그널을 발견하는 방법론을 개발했다.

분야별 10대 미래 유망기술에는 ▲차세대 유전체 합성(플랫폼 바이오) ▲소포체 기반 약물전달 기술(레드바이오) ▲바이오장기 생산 키메라 기술(그린바이오) ▲환경오염물질 분해 마이크로바이옴(화이트바이오) 등이 선정됐다.

이 중에서 플랫폼 바이오 분야의 유망기술로 선정된 '차세대 유전체 합성'은 생명체의 DNA를 설계하고 이를 신속 정확하게 대량으로 합성하는 기술이다. 연구진은 건강, 환경, 우주 등의 분야에서 인류가 직면한 기술적 한계를 극복하고, 향후 바이오 기술 패러다임이 자연지향설계(Nature Co-Design)로 전환하는 데 핵심적인 기술이 될 것으로 전망했다.

또한 코로나19 팬데믹의 여파로 올해에도 감염병 관련 기술이 미래유망기술에 포함됐다. 코로나19로 사회적 부담이 더욱 가중되고 있는 우울증, 불안, 중독 등 만성·난치성 신경정신질환 극복을 위한 ‘치료용 신경정신약물’과, 다양한 병원체와 변이 바이러스에 신속하게 대응해 효과적으로 감염병을 제어하고 항암과 희귀질환 예방에도 활용할 수 있는 ‘차세대 백신’이 레드바이오 분야의 미래유망기술로 선정됐다.

◆2022년 10대 바이오 미래유망기술 주요내용

▲세포 정밀 이미징/시퀀싱(In situ live cell imaging/sequencing) 역동적인 세포 내 현상을 3차원으로 정밀하게 관찰하는 동시에 특정 유전자의 서열을 분석하여 발현량과 위치를 파악하는 기술. 세포 본연의 형태를 유지한 체 단일세포 수준의 시·공간적 생체분자 정보를 제공하여 미지의 생명현상 규명에 활용.

▲차세대 유전체 합성(Next-generation genome writing, NGW) 생명체의 전체 게놈 또는 게놈 수준의 대형 DNA를 설계하고, 이를 정확하면서도 신속하게, 대량으로 합성하는 기술. 의약물질이나 에너지, 소재 생산을 위한 고효율 균주 연구를 가속화 할 수 있고 나아가 건강, 환경, 우주 등의 분야에서 현재 인류가 직면한 기술적 한계를 극복하는 데에 기여 .

▲후성유전체 편집(Epigenome editing) 유전자편집 도구를 활용하여 후성유전학적 변이를 선택적으로 제어함으로써 생물체의 기능을 연구하고, 분석하는 기술. DNA의 절단이나 서열 변화를 일으키지 않아 후대에 영향 없이 유전자 발현을 조절함으로써 보다 안전한 유전체 편집이 가능.

▲치료용 신경정신약물(Mind-altering medicine) 의료용 대마 등 정신활성 물질의 유용성분을 기반으로 신경정신질환을 치료하는 의약품 개발과 관련된 기술. 코로나19 팬데믹으로 사회적 부담이 더욱 가중되고 있는 우울증, 불안, 외상후스트레스장애, 중독, 뇌전증 등 만성·난치성 신경정신질환 극복에 기여.

▲차세대 백신(Next-generation vaccine) mRNA 기반의 칵테일 백신, 범용 백신, 신규 모달리티를 적용한 백신 등 다양한 병원체에 대한 감염을 방어하는 기술. 다양한 병원체와 변이 바이러스에 신속하게 대응하여 효과적으로 감염병을 제어하고 더불어 항암과 희귀질환 예방에도 활용.

▲소포체 기반 약물전달기술(Drug delivery with extracellular vesicles) 세포 소기관인 소포체, 다양한 세포 유래 엑소좀을 활용하여 약물을 목적 세포까지 정확하고 효율적으로 전달하는 기술. 기존의 리포좀 등 인공적 합성물질이 아닌 생체 유래 물질 특성을 활용하여 면역원성이 낮아 안전하고, 세포 표적화가 용이하여 약물 전달체로서 유망.

▲바이오장기 생산 키메라기술(Chimera technology for bio-organs) 인간 줄기세포를 동물에 넣어 이식 및 치료 목적으로 인간의 조직이나 장기, 기관을 동물에서 생산하는 기술. 면역거부 반응이 최소화된 범용/맞춤형 이식용 장기를 확보하여 환자에게 제공함으로써 장기수급 불균형 해소 및 난치질환 치료 가능성 제고.

▲식물 광합성기구 기능 향상기술(Engineering plant photosynthesis) 식물의 광합성을 담당하는 기구의 기능을 개선하여 광합성 효율이 향상된 작물 등을 제작하는 기술. 다양한 식물 종에 도입할 수 있는 범용성을 기반으로 식물이 확보할 수 있는 에너지의 총량을 증가시켜 식량 및 바이오소재 생산 효율을 크게 향상.

▲나노물질 유래 친환경 중합체 합성기술(Nanomaterial-derived eco-friendly polymer synthesis) 생분해성 키토산 등으로 이루어진 친환경 나노 입자로 미세플라스틱, 섬유, 하이드로겔 등 자연에서 분해되지 않는 물질을 대체할 수 있는 중합체 합성 기술. 지구상에 풍부하게 존재하는 바이오매스 기반의 친환경 소재를 활용하여 환경오염 및 인체 유해성 문제해결에 기여.

▲환경오염물질 분해 마이크로바이옴(Xenobiotics-degrading microbiome) 박테리아, 나방 등에서 분리해낸 환경오염물질 분해효소를 지닌 마이크로바이옴을 활용하여 플라스틱, 비닐 등 환경오염 물질을 분해하는 기술. 유기체를 이용하여 플라스틱을 비롯한 난분해성 환경오염 물질을 분해하기 때문에 분해 과정에서 유해 물질이 발생하지 않아 친환경적이며, 안전한 환경 조성 가능.