수산생명공학, 미생물 발효 및 생물공정기술, 효소 시장, 그리고 시스템생물학을 포함한 생명공학 기술의 산업적 활용과 연구 동향 doc_id PCY_201504220915095011_10

수산생명공학기술은 수산생물의 현상 및 기능을 이해하고 이를 활용함으로써 수산업의 가치 창출에 이용되는 과학기술이다. 수산생명공학기술이 추구하는 목적은 체계적으로 수집·관리된 수산생명자원을 활용하여 수산업을 고부가가치 생명산업으로 육성하는 것이다. 기술의 범위는 원천기반기술, 식량·식품자원 개발기술, 첨단 수산소재 개발기술이며, 원천기반기술에는 수산유전자원 보존 및 이용 연구, 수산생물 유전체 연구, 식량·식품자원 개발기술에는 수산생물 육종연구, 수산생물 형질전환 연구, 첨단 수산소재개발기술에는 친환경 수산 바이오소재 개발, 수산생물 유래 고부가가치 기능성 물질 개발이 포함된다. 최근 수산생명자원의 중요성이 증대되면서 자국에서 중요한 수산생물 유전체 해독, 특수 환경에 서식하는 수산생물에서 바이오 소재 개발 등 수산생물자원 기반의 새로운 연구 영역이 가속화될 것으로 예상된다. CJ는 미생물 발효공법을 통해 고부가 식품조미료 핵산을 생산하여 세계 80여개국에 수출(세계시장 점유율 1위)하고 있다. 그 외 미생물 발효공정을 통해 아미노산류, 자일리톨 등 유용소재의 생산이 꾸준하게 이루어지고 있다. 최근에는 전통 발효 주류인 막걸리의 기능성이 알려지면서 국내외 소비층이 증가하고 있으며, 전통 발효 식초도 조미용보다는 음료 형태의 식초시장이 확대되고 있는 추세이다. 또한 기능성 제품 시장 중에서도 대부분 유산균 제품의 형태로 발효식품이 약 1%를 차지하고 있다. 전통발효식품을 글로벌 경쟁력이 있는 제품으로 개발하기 위해서는 발효과정에서 일어나는 전체 미생물 군집변화, 상호작용, 발효특성을 규명해야 하며, 발효식품 전반에 걸쳐 우수한 특성을 가진 발효 종균이 관련 업체에 안정적으로 공급될 수 있는 기술이 개발되어야 한다. 생물공정기술은 생명공학기술을 이용하여 목적 산물을 대량생산하기 위한 기술로써 ʻʻ생명과학의 연구발견을 실제제품 및 공정 또는 사회적 수요에 부합하는 시스템으로 변환시키는 기술ʼʼ을 총칭하는 것으로 정의할 수 있다. 이러한 생물공정기술이 추구하는 최종목표는 생명공학기술을 활용하여 산업적으로 필요한 원료 또는 최종 물질을 대량으로 제조하는 것이다. 생물공정기술을 이용하여 대량 생산되어질 수 있는 소재는 미생물 이용 발효공정을 통한 식품 및 사료 원료, 효소, 바이오연료와 같은 바이오에너지, 바이오플라스틱과 같은 바이오 화학 소재 등이다. 그러나 바이오공정기술은 최근에는 미생물뿐만 아니라 동물세포, 식물세포의 배양을 통하여 대량생산이 필요한 항체의약품 생산에도 필수적으로 사용되고 있어 최근 관심이 커지고 있다. 세계 효소 시장은 전체적으로는 최근 안정적인 성장을 하고 있으나 분야에 따라서는 부침이 있다. 즉, 식품 및 사료용 효소 시장은 침체되어 있는 반면 세제용 및 산업용 효소 시장은 미미한 성장을 나타내고 있다(표4-4-3). 산업용 효소 시장의 구조는 굳혀진 형태를 갖고 있다. 즉, Novozyme과 Genenco/Danisco로 양분되어 거의 세계시장의 2/3를 이들이 차지하고 있고, 기타 DMS, BASF, ABF, AB Enzymes, Amano Enzyme 이 주요 효소 기업으로 활동하고 있다. 특히 최근 미국의 대표적인 화학회사인 듀폰(DuPont)이 Genenco/Danisco를 63억달러에 인수하여 화학회사에서 생명공학 회사로의 변신을 시도하고 있다. 듀폰이 Genenco/Danisco를 인수한 것은 발효를 통한 식품 소재 생산 외에 셀룰로오즈 에탄올 생산을 위하여 필수적으로 필요한 효소를 확보하기 위한 전략으로 해석되고 있다. 따라서 앞으로 효소생산 및 발효를 통한 바이오화학소재를 일관적으로 생산하는 종합 생명화학회사의 출현이 기대된다. 시스템생물학(systems biology)은 시스템이론을 생명과학에 응용하여 생체구성 인자간의 상호관계와 상호작용의 원리를 이해하게 하고 나아가 동역학적 특성을 규명함으로써 생명현상의 창발적 현상과 그 속에 잠재된 지배원리를 시스템 차원에서 이해하게 하는 학제간 신기술 융합분야이다. 시스템생물학이 기본적으로 주장하는 것은 ʻʻ전체기능계(whole functional system)는 그것을 이루는 구성인자들 (components) 사이의 상호관계 (relationship)를 통해 이해할 수 있고, 역으로 각각의 구성인자들의 기능은 전체기능계 안에서 다른 구성인자들과의 관계성에 의해 이해할 수 있다ʼʼ는 것이다. 따라서, 일반적으로 시스템생물학에서 던지는 질문들은 다음과 같다. 시스템생물학은 선진국에서도 2000년대에 들어와 새롭게 연구가 시작되었지만, 현재 선진국을 중심으로 매우 활발한 연구가 진행되고 있으며, 그 중요도에 대한 인식이 날로 더해가고 있다. 포스트 게놈시대에 축적된 방대한 데이터와 기술의 진보로 향후 인간의 질병메카니즘에 대한 새로운 이해와 체계적인 신약후보물질 발굴에 중요한 역할을 하게 될 것으로 판단된다. 시스템생물학은 최근 개인수준의 인식을 넘어서 연구기관과 대학, 그리고 국가주도의 연구프로그램으로 확대되고 있는데, 일본에서는 Systems Biology Institute(SBI, http://sbi.jp)가 설립 운영되고 있으며 ERATO-SORST Kitano Symbiotic Systems Project(http://www.symbio.jst.go.jp)를 통해 향후 시스템생물학이 정립된 이후 여러 생명체의 모델개발이 이루어질 때를 대비하여 세계적 표준안을 만듦으로써 기술우위를 선점하기 위한 투자와 노력을 하고 있다. 범세계적인 시스템생물학자들이 모이는 시스템생물학 국제심포지움(International Conference on Systems Biology, ICSB)은 북미, 유럽, 아시아(현재까지는 일본에서만 개최)를 돌아가며 매년 열리는데, 2013년에는 덴마크 코펜하겐에서 개최 되었으며 총 44개국 776명(사전등록 기준)의 연구자들이 참가하여 479편의 논문을 발표하였다. 이것은 2010년 영국 에딘버러 모임 때 발표된 논문 수 1,688편과 비교했을 때 현저히 줄어든 숫자이다. 한국에서는 이번에 8명의 과학자가 7편의 연구결과를 발표하였는데 이 또한 에딘버러 미팅 때 발표한 논문 수 43편에 비하면 현저히 줄어들었다. 이번 미팅에서 한국과학자가 발표한 논문 수는 국가별로 16위에 해당한다. ICSB의 참가자수가 전 세계적으로 줄어드는 현상은 시스템생물학이 점차 보편화되어 시스템생물학 관련 컨퍼런스가 점차 늘어나고 있으며, 기존 생물학 관련 대규모 학회에서 시스템생물학 관련 세션을 늘리고 있는 것과 연관된 것 같다.