권기선 韓國生命工學硏究院 老化制御硏究團長(맨 뒤)이 同僚 硏究員들과 함께 自體 開發한 筋減少症 治療劑 候補物質을 살펴보고 있다. 韓國生命工學硏究院 提供
運動하지 않아도 運動한 것처럼 筋肉減少症을 治療하는 藥과 몸 안의 免疫細胞를 利用해 癌을 治療하는 次世代 抗癌技術, 플라스틱 分解하도록 DNA를 '設計'한 人工 微生物 等이 올해 注目할 만한 成果를 낼 生命科學, 醫學 技術로 꼽혔다.
韓國生命工學硏究院은 이 같은 內容이 담긴 ‘2019年 10代 바이오 未來有望技術’을 選定해 29日 發表했다. 生命硏 國家生命工學政策硏究센터가 國內外 論文 動向을 調査한 뒤 專門家 諮問과 인터뷰 통해 技術的으로나 産業的으로 國內外에 미칠 餘波가 클 主題를 選定한 結果다. 國家生命工學政策硏究센터는 “每年 世界經濟포럼(WEF)李 選定하는 10代 未來有望技術에 바이오 分野가 2~3個씩 똑 包含됐는데, 2018年에는 精密醫療와 人工고기 等 無慮 6個가 包含될 程度로 脚光을 받았다”며 “生命科學 分野에서 科學과 技術의 融合이 重要해진 時代에 맞춰 技術을 選定했다”고 밝혔다.
●運動하지 않아도 運動한 效果 내는 高齡者用 ‘運動模倣 藥物’
가장 눈에 띄는 技術은 運動을 하지 않아도 運動한 效果를 내는 治療藥이다. 老化가 進行되며 筋肉이 老衰해지는 ‘筋減少症’은 深刻한 老年期 疾病으로, 運動이 자유롭지 않은 高齡者에게는 致命的이다. 이에 따라 藥物로 運動을 한 것처럼 筋減少症을 緩和하는 方法이 現在 硏究되고 있다. 筋減少症 治療藥을 包含한 抗老化 技術은 世界 市場이 2015年 基準으로 317兆 원에 達하는 分野로 産業 價値가 크다. 韓國은 이미 2017年 高齡人口가 全體 人口의 14%인 高齡社會에 進入했기에 國民 삶의 質을 높이는 데에도 重要한 分野로 꼽히고 있다.
抗老化 中에서도 運動模倣 藥物 治療技術은 아직 草創期 技術로 꼽힌다. 生命硏은 “向後 5年 內에 血液 안에서 運動 效果를 내는 遺傳子나 蛋白質, 代謝物質에 對한 데이터 確保를 끝내고 效能을 밝혀, 10年 뒤에는 老化를 되돌리는 人者를 大量生産하고 血液 속 運動效果 因子를 바탕으로 老化 速度를 豫測하고 診斷하는 키트를 商用化할 수 있을 것”이라고 내다봤다. 가장 注目할 硏究팀은 美國 스탠퍼드대와 하버드大, 프랑스 툴루즈代가 꼽혔으며 아직 始作 段階다. 韓國에서는 生命硏이 硏究에 着手했다.
● 患者 個人 細胞로 맞춤型 免疫治療劑 生産
抗癌 免疫治療劑는 지난해 노벨 生理醫學賞을 받을 만큼 將來性이 높은 分野다. 아직은 約 特定 癌 患者의 20%에서만 效果를 보이는 等 限界가 있지만, 第3世代 抗癌劑로 꼽힐 程度로 發展 速度가 빠르다. 여기에 ‘오가노이드(미니臟器)’ 技術을 椄木한 個人맞춤型 免疫細胞 抗癌治療가 亦是 未來有望 바이오技術에 꼽혔다.
오가노이드는 細胞를 立體 形態로 키워 將棋와 비슷한 模樣과 構造를 갖도록 만든 것이다. 癌患者라면, 癌 患者 自身의 癌細胞를 키워 癌 오가노이드를 만들 수 있다. 癌細胞는 個人別로도 다르고 癌이 생겨난 組織別로도 다른데, 癌 오가노이드를 만들어 硏究하면 患者 個人 또는 機關에 最適化된 맞춤型 治療를 할 ‘플랫폼’이 마련된다. 여기에 免疫 抗癌劑를 椄木하면 個人맞춤型 免疫 抗癌劑가 誕生할 수 있다. 例를 들어 癌 오가노이드에 存在하는 특정한 遺傳子나 蛋白質 分子를 目標로 해, 그 蛋白質을 지닌 細胞(癌細胞)만 攻擊하도록 免疫細胞를 校定한 뒤 다시 體內에 넣을 수 있다.
生命硏은 向後 5年 以內에 다양한 癌 種類別 오가노이를 製作할 수 있을 것으로 내다봤다. 또 現在도 一部 使用化된 遺傳子 矯正 免疫細胞 治療法(CAR-T 等)을 改善해, 10年 뒤에는 患者 맞춤型 抗癌 免疫治療가 商用化될 수 있을 것으로 期待했다. 現在 癌 오가노이드 技術은 네덜란드가, CAR-T 免疫治療劑는 美國에서 商用化 및 販賣 許可돼 있는 狀態다. 美國은 2016年부터 ‘癌 문샷 2020’ 計劃으로 關聯 硏究에 速度를 내고 있다. 韓國은 癌 오가노이드 開發은 一部 進行中이지만, 免疫治療劑는 아직 活潑하지 못하다는 게 生命硏의 診斷이다.
陸地를 넘어 바다까지 進出한 플라스틱 廢棄物이 큰 問題가 되고 있다. 微生物에 依해 빠른 速度로 自然 分解되는 親環境 플라스틱 開發이 時急해진 理由다. -寫眞 提供 블루픽셀이미징
● 플라스틱 汚染 解決할 遺傳子 ‘設計’ 人工 微生物
플라스틱은 最近 떠오르는 環境 問題다. 지난해 韓國科學技術團體總聯合會가 選定한 2018年 科學 이슈 水位에 들 程度로 韓國에서도 큰 關心을 모으고 있다. WEF는 2016年, “이대로 가면 2050年에는 바다에 물고기보다 플라스틱이 많아질 수 있다”는 調査 結果를 發表했을 程度다.
最近 科學者들은 微生物이 가진 뛰어난 臺詞 能力을 利用해, 마치 微生物을 일꾼처럼 부려서 골칫덩이 플라스틱을 分解할 方法을 찾고 있다. 워낙 다양한 微生物이 地球에 存在하다 보니, 플라스틱을 먹고 分解시키는 微生物도 自然에는 存在한다. 科學者들은 이런 微生物을 發掘한 뒤 酵素를 分離해 플라스틱을 分解하려는 試圖를 하고 있다. 最近에는 自然에 存在하는 未知의 微生物 게놈을 한꺼번에 읽은 뒤(메타게놈 解毒) 거기에서 플라스틱 分解 效能이 좋은 酵素를 選別하는 探索技術이 開發되고 있다. 또 이를 바탕으로 願하는 酵素를 지닌 微生物을 直接 DNA를 組立해 만드는 合成生物學 技術도 椄木하고 있다.
이 分野의 革新은 2016年 日本에서 플라스틱의 一種인 페트(PET)를 分解하는 微生物을 發見하면서 일어났다. 스페인에서도 2017年 플라스틱을 먹고 分解하는 昆蟲을 發見했다. 지난해에는 英國과 中國 等에서 플라스틱 分解 곰팡이나 박테리아를 發見하거나 酵素 構造를 밝혔다. 이 分野는 韓國도 先導國家다. 李相燁 KAIST 특훈敎授팀은 PET 分解酵素의 構造를 밝혔고 活性을 改良했다. 또 發想을 바꿔 自然 分解가 쉬운 ‘生分解性 플라스틱’을 微生物로 生産하는 硏究도 하고 있다.
● 미토콘드리아 矯正해 作物 生産 높이고, DNA로 情報 貯藏
그 外에 細胞 內 機構인 ‘미토콘드리아’의 DNA를 矯正해 植物의 代謝를 높이고 作物의 生産性을 증가시키는 技術과, 빛을 利用한 癌細胞를 破壞하는 狂醫學 技術, 植物을 利用해 動物 및 人體龍 백신을 生産하는 技術, DNA를 記錄媒體로 利用하는 分子 레코딩 技術 等이 有望 技術로 꼽혔다. DNA는 理論上 1g에 情報를 4億 5000萬 테라바이트(TB) 記錄할 수 있을 程度로 效率이 좋아 細胞 內 信號傳達 等 生命 現象을 直接 DNA에 記錄해 疾病이나 作物 硏究에 應用할 수 있을 것으로 期待하고 있다.
김흥열 國家生命工學政策硏究센터 센터長은 “바이오 分野에서 向後 技術的·産業的 波及效果가 큰 硏究開發 主題를 提案한 게 意義”라며 “이番에 選定된 未來有望技術들이 우리의 삶에 어떤 肯定的인 影響을 미칠지를 考慮해 持續的으로 硏究할 計劃” 이라고 말했다.
最終 選定된 2019 10代 바이오 未來有望技術
