2017 과학기술연감

2016년 세계경제포럼(WEF)에서는 2050년경 바다에는 물고기보다 플라스틱이 더 많을 것이라는 조사결과를 밝히면서, 새로운 플라스틱 순환체계를 갖추도록 노력해야 한다고 주장하였다. 플라스틱과 같이 자연계에서 분해가 잘 되지 않는 난분해성 물질에 대한 생명공학적 분해기술 개발에 대한 관심이 높다. 최근 영국과 스페인 연구팀에서 발표(2017.4월)한 논문에서는 벌집나방 애벌레가 폴리에틸렌을 빠르게 분해하는 것을 확인하였고, 분해속도는 기존의 미생물 보다 매우 빨라 플라스틱 쓰레기 문제해결에 활용 가능할 것으로 기대하고 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 생명공학은 생명과학의 기초적인 연구를 기반으로 레드(보건의료/의약), 그린(농림/식량/자원), 화이트(공정/에너지/환경) 바이오 분야에서 다양한 연구개발이 추진되고 있으며, 기술발전의 속도와 이에 따른 연구개발 환경이 빠르게 변화하고 있다. 또한, 4차 산업혁명 도래에 따른 기술혁신과 더불어 인간 중심 가치 실현을 위해 인간이해를 기반으로 이종기술 간 융합을 시도하는 ‘인간 중심형 R&D’로의 연구개발 패러다임 전환이 시도되고 있다. 인간 능력의 극대화 및 삶의 질 향상을 목표로 인간의 정신적･신체적 기능을 향상시키기 위한 ‘인간증강 융합기술’ 개발이 그 예다. 이미 주요 선진국에서는 Bio-Robot-AI-IoT 등 기술간 융합을 통해 인간과 교감하는 서비스로봇(JIBO 로봇, 메사추세츠공대(美)) 및 인간 신경과 연결된 로봇팔(뇌-기계 연동형 의수, 피츠버그대(美))등의 개발을 통해 노인, 장애인의 삶의 질 향상과 더불어 정상인의 정신적･육체적 향상을 위한 노력을 추진 중에 있다. 과학기술정보통신부는 이러한 노력의 일환으로 2018년부터 ‘휴먼플러스 융합연구개발사업’을 추진할 계획이다. 인간 능력의 증대 및 편익 증진을 위해서는 바이오, 로봇, AI 등 다양한 기술 간 융합을 기반으로 초연결 인터렉션 플랫폼 기술개발을 통해 기존 산업의 고도화, 신산업 창출 및 인간 삶의 질 향상을 도모할 수 있다. 생명･의료전문위원회는 주요 R&D 사업의 효율적인 예산배분･조정을 위해 「2018년도 정부 연구개발 투자방향 수립」(3월), 「부처사업설명회」(5월), 「예산심의 현황 보고」(6월), 「일몰대상 사업 기간 연장 적정성 검토」(9월∼12월) 등을 수행하였으며, 이를 위해 총 7회에 걸쳐 전문위원회를 개최하여 주요 사안에 대해 자문과 검토의견을 제시하였다. 2017년도 상반기에는 바이오 분야 주요 사업의 사전 검토를 수행하고, 생명･보건의료 7대 분야와 농림수산식품 7대 분야에 대한 투자 방향 설정 등에 대한 의견을 제출하여 2018년도 주요 R&D 사업의 예산배분･조정에 반영하였다. 하반기에는 2019년 일몰 대상 사업에 대한 사업기간 연장 적정성 검토, 정밀의료, 스마트팜에 대한 패키지형 투자플랫폼 개발 방안 등에 대해 적극적으로 검토 의견을 제시하였다. 생명･의료 분야는 꾸준한 투자로 최근 해외 특허등록 및 기술 수출 등 과학기술･경제적 성과가 크게 향상되고 있으나, 아직 민간 투자가 부족하여 산업생태계 조성이 늦고, 규제개선이 미흡하여 성과 창출에 어려움을 겪고 있다. 특히, 바이오 신기술(유전자 편집, 줄기세포 등)이 대두되고, BT･ICT･NT 융합기술이 발달하여 생명･보건의료 분야 기술혁신이 가속화(정밀의료, 마이크로의료로봇 등)되고 있는 상황으로, 기술혁신에 대응할 수 있는 기초･원천연구 지원 강화뿐만 아니라 신개념 바이오･의료 연구개발을 위한 규제 완화 요구가 크게 높아지고 있다. 따라서 바이오 신산업 분야의 성장 생태계 구축을 위해 제약･바이오･의료기기(마이크로의료로봇 등)에 대한 핵심기술 개발, 인력양성, 사업화, 규제 완화 등을 연계･지원할 필요가 있다. 선진국들은 미래 산업의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 연구분야 중 하나인 뇌과학 분야에서 기술 경쟁력을 선점하기 위하여 2013년부터 국가 차원에서 전략적으로 뇌연구 프로젝트를 추진하고 있으며, 우리나라에서도 2016년에 미래창조과학부(현, 과학기술정보통신부) 에서 ‘뇌과학 발전전략’을 수립하고, 뇌연구 신흥강국 도약 기반 마련을 위하여 중점 추진과제 를 제시하였다. 4차 산업혁명과 지능 정보 시대에 대비하여 R&D 고도화와 생태계 내실화를 통해서 특화 뇌지도 등 핵심 뇌기술을 조기에 확보하고, 뇌연구의 생태계를 확충하는 것을 주요 내용으로 하고 있다. 뇌연구는 뇌신경생물, 뇌인지, 뇌질환, 뇌공학의 4대 분야로 나눠지게 되고 각 분야의 기술적 발전이 동반되어야만 4차 산업혁명 시대를 준비하는 ‘뇌과학 발전전략’과 선순환적 효과가 일어날 것으로 기대된다. 이러한 4대 연구 분야 원천기술을 꾸준히 개발해 온 결과, 다양하고 우수한 연구 성과가 도출되었다. 우리 몸 안의 여러 장기 및 조직은 세포와 세포 이외에 다양한 요소들이 특정 방향으로 정렬되어 있는데, 이것은 구조적인 속성을 부여하여 생물학적 기능이 작동되도록 하기 위한 것이다. 조직 공학적 측면에서 체외 환경에서 장기 또는 조직을 새롭게 만들어 내고자 할 때 세포의 방향성을 구현하고 조절할 수 있다는 것은 조직의 외형적 구조뿐만 아니라 기능도 모사할 수 있다는 것을 의미하는데, 한국과학기술연구원 연구팀이 콜라젠 섬유를 특정 방향으로 정렬하는 기술을 개발하고 이를 이용하여 콜라젠 내에서 신경세포를 3차원 배양하여 신경세포의 방향성을 세계 최초로 구현할 수 있었다. 연구진에 따르면, 체외 3차원 신경회로망 기술은 정상 신경회로망뿐만 아니라 알츠하이머병, 파킨슨병 등 질병상태의 비정상 신경회로망을 재구축하는데 적용될 수 있다고 밝혔다. 또한, 이번 기술을 환자 유래 줄기세포 기술과 융합한다면 다양한 뇌질환과 신경회로망 기능장애와의 연관성을 이해하는데 할 발짝 더 다가갈 수 있을 것이라고 전했다. 해마는 우리가 경험하는 사건을 기억하는데 필수적인 뇌 영역이다. 해마 속 장소세포는 장소를 인지하고 자기좌표를 파악하여 길 찾기에 도움을 주는 신경세포로 지금까지는 모든 장소세포가 같은 방식으로 공간정보를 기록하고 저장한다고 알려져 있었으나, 한국과학기술연구원과 고려대학교 연구팀에 의해서 해마의 해부학적 구조에 따라서 두 종류의 장소세포가 각각 상층과 하층으로 질서정연하게 배열되어 있고, 공간적 정보와 비공간적(감각적) 정보를 각각 집적하는 것을 규명하였다. 장소세포를 연구하기 위하여 연구진은 바닥에 다양한 재질의 물체들을 부착한 긴 벨트로 연결된 러닝머신과, 동시에 많은 세포의 활동을 기록할 수 있도록 ‘실리콘 프로브’라 불리는 소형전극을 사용하였다. 연구진에 따르면, 기억의 핵심을 담당하는 해마가 장소와 관련된 추상적 정보를 어떻게 부호화하는지를 이해하는데 한발 다가섰으며, 기억상실증이나 치매와 같은 기억장애 질환들에서 망가진 신경회로를 대체할 수 있는 방법을 제공하고 새로운 인공지능 알고리즘을 제공하는 등 다양한 영역에 응용이 가능할 것이라고 한다.