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발언자료한국생명공학연구원 연구현장 방문 현장발언

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한국생명공학연구원 연구현장 방문 현장발언

(2021.11.11./13:00) 유성구 과학로 125

 

◎ 연구원

최근에 미국하고 중국이 기술 패권 때문에 굉장히 경쟁 구도가 심한데 양자나 우주 포함해서 지금 생명과학 쪽에서는 합성생물학이 유일하게 중국과 미국의 기술 패권에 속해 있습니다. 그래서 지금 기술 보호가 굉장히 강하게 되고 있습니다.

우리나라도 합성생물학 기술 개발을 위해서 열심히 노력을 하고 있고, 그중 하나로 저기 두 번째 파란색으로 보이는 게 국가 바이오 파운드리(Biofoundry)입니다


국가 바이오 파운드리라는 게 기존의 생명과학이나 바이오 연구가 사람 손이 너무 많이 가고 시간도 오래 걸리고 돈도 많이 듭니다. 그런 것들을 저희가 최근에는 인공지능이라든 머신러닝(Machine Learning) 등을 통해서 설계부터 제작하고 만드는 과정을 다 자동화하고 있습니다.

그래서 사람은 좀 더 창의적인 아이디어를 내고 그다음에 기계는 이제 그것들을 도와주는 거죠.

그래서 저희 여기 보시면 저희가 design-build-test-run 이런 사이클을 반복해서 바이오가 자동화되고 있습니다.

그래서 실제로 저희가 디자인을 할 때는 인공지능이나 머신러닝을 주로 쓰고 있고, 그다음에 DNA를 읽고 쓰고 편집하는 것은 기존의 합성생물학 기술로 잘하고 있습니다.

 

테스트는 저희가 지금 보시는 이런 장비 같은 것들을 통해서 하루에 100만 개의 단일 세포를 저희가 분리해서 개별적으로 분석할 수가 있습니다. 그런 식으로 굉장히 속도가 올라가 있고, 그다음에 이런 것들이 반복되다 보면 저희가 원하는 최적의 시스템을 찾기 위해서 다시 또 공부를 합니다.

공부할 때 저희가 쓰는 방법이 인공지능과 빅데이터를 쓰고 있습니다.

그래서 과거 이러한 terminology들이 공학이라든지 전산이라든지 이런 부분에서 쓰던 건데 바이오에 이런 것들이 굉장히 많이 들어와 있거든요.

그래서 이제 바이오도 인문학에서 생각하는 시민혁명에 필적하는 바이오에서의 혁명이 지금 이쪽 합성생물 중심으로 일어나고 있다고 말씀을 드릴 수가 있고, 실제로 저희가 이제 주로 하는 일은 미생물의 DNA를 가지고 모든 일을 하고 있습니다

.

아마 대표님께서도 잘 아실 거예요. DNA에 대해서 저보다 더 잘 아실 수도 있는데 DNA를 저희가 인공적으로 만들어내고, 그러니까 설계부터 해서 말씀드린 대로 design-build-test-run을 반복해서 기존의 자연계에 없던 미생물도 만들어낼 수 있고, 그다음에 자연계에 있던 미생물도 더 잘 일할 수 있게 들 수가 있거든요.

그런 일들을 하고 있는 연구단이라고 보시면 되겠습니다.

 

그런데 실제로 저희가 지금은 이렇게 다 개별 장비들을 사람의 손에 의해서 하고 있어요.

원장님께서 적극적으로 도안을 주셔서, 저희가 실제로 오늘 공간을 보여드리지 못하는데 이런 자동화된 공간을 지금 만들고 있어요. 이런 장비들이 다 이렇게 design-build-test-run을 할 수 있는 장비들이 체인으로 연결돼서 사람이 더 이상 손을 쓰지 않습니다.

로봇 암이 모든 일을 다 하고요. 저희는 여기서 디자인과 설계만 반복해서 하고 있는 거죠.

그래서 사람은 조금 더 창의적인 아이디어를 내고, 좀 더 혁신적인 개념의 연구를 할 수 있는 시설이라고 보시면 되겠습니다.

그래서 저희가 지금 바이오 파운드리를 생명과학연구원 안에 구축을 하고 있고요.

또 중요한 것은 이제 이게 바이오 파운드리가 국가적인 인프라 시설이다 보니까 저희가 생명과학연구원 안에 가둬두지 않고 국가적인 예타 사업 추진을 하고 있습니다.

 

현재 저희 합성생물학 전문 연구단이 중심이 돼서 국내에 있는 여러 합성생물학 전문가들을 모시고 이미 예비 타당성조사 보고서를 제출했고 심사 중에 있습니다.

그래서 저희가 바라건대, 이런 합성생물학이 한국도 미국과 중국의 기술 패권에 속해 있다고 하면 그만큼 중요한 기술일 텐데 아직 국내에 인프라라든지 기술 개발 여건이 그렇게 원만하지 않아서 예비 타당성조사가 잘 통과돼서 이런 것들이 국가적인 인프라 시설로 활용이 될 수 있으면 아마도 바이오 분야의 정말 혁신적인 결과가 나올 거라고 생각을 하고 있습니다.

지금 여기 보시는 기계들이 실제로 DNA를 자동으로 추출해 주는 장비입니다.

 

◎ 안철수 후보

어디 DNA에요? 박테리아에요?

 

◎ 연구원

네, 박테리아에 있는 DNA입니다. 저희는 박테리아와 효모까지 일을 하고 있습니다.

실제로 박테리아를 키워가지고 저 장비에 넣어주면 저렇게 기계가 알아서 자동으로 추출을 해 주고, 여기 뒤에 보이시는 장비를 통해서 저희가 코로나 검사하듯이 PCR로 DNA 증폭을 합니다.

그다음에 이 장비는 아까 말씀드린 대로 저희가 이제 미생물을 배양하다 보면 하루에도 10의 9승, 10의 8승까지 자라거든요. 그걸 다 단일 세포로 분리해서 저희가 분석을 하고 있습니다.

그래서 실제로 저희는 이제 형광을 내는 미생물을 만들어서 형광을 내는 것과 내지 않는 것을 분리해서 또 볼 수 있거든요. 그 특성을 다 분리해서 볼 수가 있습니다.

 

 

◎ 안철수 후보

그럼 기존에 박테리아에다가 여기 만들어놓은 DNA를 주입을 해서 바꾸는 건가요?

 

◎ 연구원

예 맞습니다. 그렇게 하면 저희가 기존에 하지 않던 일을 하는 미생물을 만들 수가 있습니다. 그런 것들을 저희가 세포 공장이라고 부르는데 대표적인 세포 공장이 모더나가 mRNA를 만드는데 mRNA를 시험관에서 만드는 게 아니라 미생물이 만드는 mRNA를 추출해가지고 지금 백신으로 쓰고 있거든요.

그래서 그 모더나사를 도와준 기업이 김포 바이오웍스라는 대표적인 합동 생물학 기업입니다.

모더나는 신생 기업이기 때문에 이런 제조 생산이나 설계할 수 있는 여건이 안 됐어요. 그런데 합성 생물학 기업이 그런 인프라, 이런 바이오 파운드리 인프라를 가지고 있으니까 적극적으로 지원을 해서 최단기간에 mRNA 백신을 만들어낸 거죠. 그런데 그때 사용하는 것도 미생물이 만드는 mRNA.

그 미생물이 만든 mRNA를 추출을 해서 그거를 정제해서 저희가 백신을 맞고 있거든요.

그래서 저희가 생각하는 이제 미생물은 그냥 단지 미생물이 눈에 보이지 않는 미생물이 아니라 세포 공장으로서의 역할을 정말 충실히 하고 있거든요.

 

비단 그게 이제 바이오 의약품뿐만이 아니라 바이오 연료라든지 아니면 이제 환경 정화에 쓰는 생물 비료 그리고 또 저희가 이제 바이오 국방까지 최근에는 안보 이슈에 있어서도 합성생물학이 굉장히 이슈로 떠오르고 있거든요.

그래서 저희가 개발하고 있는 합성생물학 기술이 산업 전반에 걸쳐서 영향을 줄 수 있을 거라고 생각이 들고요.

실제로 미국에서는 산업, 대학, 연구소가 연합을 해서 바이오 메이드라는 컨소시엄을 만들었습니다.

그래서 실제로 대학이나 연구소에서 개발된 기술이 산업체에 전달될 수 있게 굉장히 큰 컨소시엄이 구성이 돼서, 정부도 적극 투자를 하고 있고 또 민간에 굉장히 투자를 활발하게 하고 있습니다.

 

왜냐하면 미국에서는 이미 이런 바이오 파운드리의 효과를 민간에서 굉장히 보고 있거든요.

특히 모더나와 같은 회사들이 많이 나오다 보니까 창업의 열기도 활발해지고 또 기존에 있던 화학 기업도 바이오 쪽으로 전환하면서 바이오 파운드리에 대한 시설 설비를 하고 이런 상황입니다.

 

저희가 합성 생물학을 국내에서 굉장히 어렵게 하고 있지만 원장님께서 저희를 전폭적으로 지지해 주셔서

저희가 지금 지난 10년 동안 정말 합성 생물학에 대해 그래서 거의 몰입해서 연구를 하고 있고요.

아까 말씀드린 대로 저희가 개발한 합성 생물학 기술이 그냥 이 안에서 그치는 게 아니라 국가적인 인프라 시설과 기술로 발전할 수 있도록 최선을 다하고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

그런데 아까 말씀하셨듯이 미국, 중국이 가장 첨예하게 부딪히는 과학기술 패권 전쟁 그 아이템 중에 하나니, 각자가 이제 특허 추론 같은 걸 열심히 했을 거 아닙니까. 그러면 우리가 지금 쓰는 방법 중에 지금 부딪히는 게 있을 수도 있는데.

 

◎ 연구원

그렇습니다. 저희 연구단에서 대표적으로 쓰는 기술이 유전자를 연결해서 컴퓨터에서 회로 같은 걸 만들 수가 있거든요. 그런데 저희가 이 회로를 이용하면 미생물의 특징을 이와 같은 장비를 통해서 자동으로 분리해서 특성을 볼 수가 있습니다.

그래서 실제로 저희가 이 기술을 써서 국내 바이오 대기업의 기술 이전도 했고 국제적인 논문도 발표를 했는데, 그와 더불어서 대표님께서 말씀하셨던 그 특허를 유럽, 중국, 일본, 미국에 다 등록을 시켰습니다.

그래서 다국적 회사들도 저희 기술에 대해서 굉장히 많은 관심을 갖고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

예를 들어서 썩는 플라스틱 또는 패널을 분해하는 미생물. 이런 것들을 이게 맞춤형으로 제작을 할 수 있다는 그런 기술이잖아요?

 

◎ 연구원

저희가 환경 쪽에서는 원장님께서 말씀하신 플라스틱을 생물학적으로 분해할 수 있는 방법도 개발하고 있거든요.

 

◎ 안철수 후보

유니스트(UNIST)에서도 하더라고요.

 

◎ 연구원

예 맞습니다. 그래서 유니스트가 저희의 중요한 파트너입니다.

 

◎ 안철수 후보

유니스트 디그레이더블 플라스틱 (degradable plastic) 연구의 연구비를 저희 재단이 지원해주고 있습니다.

 

◎ 연구원

저희도 사실은 환경에 있어서는 플라스틱이 1순위로 가장 중요한 역할을 하고 있습니다. 왜냐하면 이제 코로나 이전부터 플라스틱은 정말 중요한 국제적인 이슈였기 때문에, 그다음에 또 하나는 저희가 메탄을 이용하는 미생물을 통해서 이런 합성 생물학 기술을 개발하고 있습니다.

대표님께서 잘 아시겠지만 탄소 중립 이슈가 워낙 국제적으로 중요한 이슈여서 저희가 메탄을 그냥 메탄으로서 주는 게 아니라 온실가스 효과를 저감하면서 그 메탄을 더 유용한 물질을 만드는 거죠.

바이오 연료라든지 우리가 쓰는 바이오 케미컬이라든지 심지어 메탄을 이용해서 산분해성 플라스틱을 만드는 원료를 만들고 있어요. 그래서 저희가 메탄을 이용하는 미생물을 합성 생물학적으로 개량해서 그런 일들을 하고 있습니다.

합성 생물학 기술 개발이 말씀드린 대로 여러 분야에 쓰일 수 있는 중요한 플랫폼 기술로 작용하기를 바라고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

그런데 이렇게 스케일을 크게 해서 mRNA 백신처럼 다량의 똑같은 것을 만들 수도 있지만 이게 또 퍼스널라이즈 메디슨 (personalize medicine) 쪽에 쓰일 가능성도 굉장히 많잖아요.

 

◎ 연구원

예. 맞습니다.

 

◎ 안철수 후보

그러면 이게 규모나 이런 부분들도 또 달라져야 할 것 같아요.

각각의 사람이 가지고 있는 암세포를 저기서 분석을 해서 나와야 되는 거잖아요.

 

◎ 연구원

맞습니다. 그게 이제 맞춤형 의료입니다.

그래서 저희도 사실은 합성 생물학의 중요한 기술 중에 하나가 크리스퍼(CRISPR) 기술입니다.

크리스퍼를 가지고 DNA를 편집해서 실제로 질병을 갖고 있는 환자들의 DNA를 직접 한번 치환해보고 이런 걸 하는데, 저희는 이제 일단은 미생물에 적용을 하고 있고 그다음 단계로 실제로 동물 모델에 지금 적용하고 있는 상태입니다. 실제로 제가 직접 한 일의 경우에는 장에 정착하는 미생물인데요.

그걸 이제 유산균처럼 먹으면 장에 정착하고 있다가 장에 염증이 생기면은 이제 저희 분변으로 형광을 만들어냅니다. 그래서 이제 염증 정도를 알 수가 있고 염증을 감지함과 동시에 치료제를 또 동시에 생산할 수 있습니다.

그래서 이제 저희가 염증이 생기면 동시에 장에 있던 미생물이 염증을 치료해 주는 물질도 생산하는데, 저희가 합성 생물학 기술을 의료 쪽으로도 한번 적용해 보려고 연구를 하고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

아까 원장님 설명해 주시는데 크리스퍼 테크놀로지도 좀 더 발전된 거를 지금 하고 계시더라고요

 

◎ 김장성 원장

자체 크리스퍼가 특허 때문에 사용료를 지불하고 써야 하는 것 때문에 저희가 자체적으로 개발하고 있었습니다. 좀 전에 말씀하신 개인 맞춤형 의료를 위해서 정상인과 암 환자나 아니면 희귀질환자에게 유전체들은 저희가 시퀀싱(sequencing)을 하고 시퀀싱 한 데이터들을 구체적으로 다 모아서 그것들을 실제로 필요한 사람들이 쓸 수 있게끔 다 가공하고 그런 역할을 따로 수행을 하고 있습니다

 

◎ 안철수 후보

그리고 이미 시퀀싱이 끝난 저기 DNA나 RNA 같으면 바로 여기서부터 시작하면 되겠네요?

 

◎ 연구원

예 맞습니다. 기존에 알려져 있는 것들은 저희가 그대로 템플레이트(template)로 써서 증폭하고 그거를 이제 아까 대표님 말씀하신 대로 다른 미생물의 DNA에 넣어주고 이런 과정들을 반복하고 있죠.

 

◎ 안철수 후보

그래서 그 박테리아에서 생산하게 만들고.

 

◎ 연구원

네, 이제 그러다 보니까 기존에 있던 걸 쓰다 보면 아무래도 저희가 다 이해를 못 하니까 효율이 떨어지거든요. 그래서 합성 생물학에서는 그러면 처음부터 우리가 한번 최적화된 시스템으로 만들어보자고 해서 이제 저희가 설명드린 계속해서 디자인 빌드가 나오는 거거든요.

그러니까 처음부터 아예 DNA를 저희가 설계하는 겁니다.

그런 다음에 거기다가 ATGC를 다 붙여서 DNA를 만들고 그걸 이제 생명체로 만들어보는 거죠.

 

◎ 안철수 후보

어떤 박테리아를 쓰세요?

 

◎ 연구원

저희는 이제 대표적으로 대장균을 쓰고 있고요. 그다음에 슈도모나스 (pseudomonas) 쓰고 있고, 아까 말씀드렸던 메타노트로프 (Methanotrophs)도 쓰고, 사카로미세스(Saccharomyces)라고 해서 효모도 쓰고 있습니다.

그래서 대표적으로 잘 아시는 미생물들은 저희가 다 취급을 하고 있습니다

 

◎ 안철수 후보

그래도 그중에서 여러 가지 만들려고 하는 것에 따라서 최적의 박테리아 종류도 있겠네요?

 

◎ 연구원

네, 정확하게 알고 계시네요. 그래서 저희가 이제 주로 많이 쓰고 있는 건 아무래도 이해도가 제일 높은 대장균을 제일 많이 쓰고 있고요.

아무래도 환경 쪽에는 환경에서 분리한 슈도모나스를 제일 많이 쓰고 있습니다.

효모는 워낙 전통적 우리 몸의 이로운 미생물로 알려져 있어서 아무래도 몸에 적용하는 연구를 할 때는 효모를 기반으로 많이 하고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

순도는 높아요?

 

◎ 연구원

저희가 실제로 미생물을 통해서 생산한, 식물에서만 만들어지는 물질을 저희가 미생물에서 만들었거든요.

미생물에서 만들어서 분리 정제를 했을 때 화학회사가 만들어낼 수 없는 99.5% 순도를 저희가 만들어냈거든요. 그래서 보통의 케미컬들이 이렇게 비슷한 성질의 이성질체들이 있어서 화학적으로 합성하면 굉장히 분리정제 비용이 비쌉니다. 바이오로 타깃을 맞춰서 만들어내면 침투가 굉장히 높은 물질을 만들어낼 수가 있습니다. 저희가 미생물로 못 하는 일이 거의 없습니다.

 

◎ 안철수 후보

스케일러빌리티(scalability) 가 문제일 것 같은데요

 

◎ 연구원

네 맞습니다. 보통 연구실에서는 5리터 정도 발효기를 씁니다.

근데 저희 한국생명과학연구원에는 보신 바와 같이 파일럿 스케일까지 있어요.

저희가 오창 분원에도 있고, 정읍 분원에도 있어서 몇 백 톤이나 1톤 이런 것들은 저희가 테스트를 할 수가 있습니다. 실제로 그렇게 스케일 업이 돼서 검증된 기술은 산업체 기술이전 시도를 많이 하고 있습니다

발효 생산을 통해서 생산되는 물질들이 아마도 합성 생물학이 더 보편화되고 개발된다고 하면 더 많아질 거라고 생각을 하고 있습니다.

 

◎ 안철수 후보

그럼 그렇게 스케일 업을 해도 순도라든지 이런 게 계속 다 유지되나요?

 

◎ 연구원

보통은 유지가 되는 편입니다. 스케일 업이 될 때마다 저희가 다시 또 검증을 합니다.

아무래도 이제 스케일이 커지다 보면 대표님 말씀하신 대로 실험실에서 하는 거랑 다르게 조금씩 차이가 있거든요. 그래서 그런 부분들 산업체랑 같이 협력해서 해결하려고 노력을 하죠.

왜냐하면 아무래도 산업체에 계신 분들이 저희보다는 훨씬 더 경력이 많기 때문에요.

 

◎ 김장성 원장

예전에는 우리가 원하는 목적을 갖는 미생물을 과일이나 혹한 환경이 이런 데서 찾아내고 그거를 조작하는 게 몇 년이 걸렸는데 지금은 원하는 생물을 만드는 것은 이제 몇 달 만에 바로 이렇게 만들어낼 수 있는 기술을 만들는 게 목표고, 그렇게 만들어진 미생물 하나가 사실은 공장 하나의 역할들을 해서 산업에 굉장히 주가 될 수 있기 때문에 아마 바이오가 산업으로 풀어가는 데 가장 핵심 기술이 합성생물학 기술일 거라고 생각합니다.

 

◎ 안철수 후보

진짜 기대가 큽니다.

 

◎ 연구원

감사합니다. 열심히 하겠습니다.