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인류 살릴 생명공학기술 10개는
최종수정 2013.02.25 10:16 기사입력2013.02.25 09:41
[아시아경제 이영철 기자] ‘생명공학기술에 기반을 둔 화학물질, 에너지, 연료, 기타 물질의 지속가능한 생산’과 ‘원료로서 이산화탄소 사용’이 인류 삶의 질을 높일 수 있는 10대 바이오기술로 뽑혔다.
또 ▲지속가능한 식량생산 공학 ▲해수를 이용한 바이오처리기술 ▲나노자원배수기술을 통한 폐기물 배출 없는 바이오처리 ▲게놈서열을 통한 선진화된 의료서비스 ▲토양과 물 개선을 위한 생명공학기술 ▲빠르고 정확한 제약 및 백신의 개발과 생산 ▲정확하고 빠르며 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측법 ▲재생의학 등이다.
세계경제포럼 산하 ‘생명공학 글로벌 아젠다 카운슬(Global Agenda Council on Biotechnology)’이 급속도로 수요가 늘고 있는 에너지와 자원, 인류 삶의 질을 높이는 식품, 영양, 보건에 도움될 10대 바이오기술을 뽑아 25일 발표했다.
이 위원회 의장인 이상엽 카이스트 생명화학공학과 교수는 10대 바이오기술 선정배경에 대해 “생명공학 글로벌 아젠다 카운슬이 선정한 기술은 생명공학분야의 거의 모든 기술을 망라하고 있다”며 “폐기물 사용, 개별화된 약물치료, 해양농업 등 생명공학기술은 인류가 처한 문제에 해결책을 제시하고 있다”고 밝혔다.
이 교수는 또 “생명공학글로벌위원회엔 이번 회의에서 규제적인 확실성과 대중의 높은 인식 및 투자증대가 생명공학을 발전시키는 원동력이란 공감대를 이뤘다”며 이 분야에 대한 꾸준한 관심과 지원이 필요하다고 언급했다.
발표된 10대 바이오기술은 지난해 10월 아랍에미레이트 두바이에서 열린 세계경제포럼의 글로벌 아젠다 카운슬 연례회의 때 10대 바이오기술을 정했고 지난 1월 말 세계경제포럼(다보스포럼)에서 협의를 거쳐 최종 확정됐다.
<인류 삶의 질을 높여줄 10대 바이오 유망기술들>
◆생명공학기술에 기반을 둔 화학물질, 에너지, 연료, 기타 물질의 지속가능한 생산(Bio-based sustainable production of chemicals, energy, fuels and materials)
지난 20세기동안 인류의 활동은 탄화수소 화석연료의 세계 매장량 절반에 가까운 자원을 고갈시켜왔다. 땅속에 축적되는데 6억년 이상 걸린 화석연료는 재생자원이 아니다. 연료의 채굴, 정제, 사용은 온실가스 배출과 이에 따른 지구온난화에 큰 원인을 제공했다.
인류의 지속가능한 발전을 위해선 탄소중립 대체자원이 개발돼야 한다. 융합생명공학은 차세대 중요기술로 떠오르고 있다. 화학물질, 연료, 기타 식물로부터 얻을 수 있는 물질개발 등 바이오기술에 바탕을 둔 재생가능한 생산을 할 수 있다.
◆지속가능한 식량생산공학(Engineering sustainable food production)
세계 인구와 부의 증가는 인류가 생존에 필요한 식량(공급과 연료뿐만 아니라)을 어떻게 생산해야 하는가에 대한 문제를 제시하고 있다. 논란의 여지는 있지만 현대 유전자조작작물은 농업생산량 증대를 지원해왔다.
2011년 29개의 나라(그 중 19개국은 개발도상국)에서 1670만 농부들이 약 50만평(4억 에이커)의 땅에서 생명공학기술로 개발된 농작물을 재배했다. 적절하게만 운용된다면 이들 작물은 해충제사용을 낮추고 토양을 부식시키는 경작을 줄여줌으로써 잠재적인 도움을 줄 수 있다.
◆해수를 이용한 바이오처리기술(Sea-water based bio-processes)
지구표면의 70% 이상은 바다물이 차지한다. 해수는 지구에서 쓸 수 있는 가장 흔한 수자원이다. 하지만 아직도 인류는 해수를 온전하게 이용할 수 있는 법을 모르고 있다.
한 예로 해수에서 생존할 수 있는 헬리오픽박테리아를 빠르게 성장토록 만들어 화학물질, 연료, 고분자재료 등을 포함해 유용한 물질로 만들 수 있다. 대형조류와 미세조류 같은 바다에 있는 식물을 활용하는 광합성 바이오매스에 기반을 둔 기술인 해양농업 또한 주목받고 있다.
◆나노자원배수기술을 통한 폐기물 배출 없는 바이오처리(Non-resource draining zero waste bio-processing )
생명공학기술로 쓰레기(폐기물) 배출 없는 지속가능한 삶은 이제 현실화 될 수 있다. 폐기물 스트림(waste stream, 폐기물 처리 전 과정) 바이오 재처리를 거치면서 유용한 화학물질과 연료로 바꿔 마지막까지 남게 되는 쓰레기마저 없앤다.
생명공학기술 발전으로 폐기물 처리비가 줄고 메탄을 포함한 재처리시설 사용과 폐열발생도 줄었다. 또 생명공학기술은 폐기물 독성을 줄이고 폐기물 재사용을 지원해 폐기물스트림을 단순화시켜 우리사회가 서서히 쓰레기 없는 지속가능한 곳으로 발전할 수 있게 도와준다.
◆원료로서 이산화탄소 사용(Using carbon dioxide as a raw material)
생명공학기술은 이산화탄소 수치증가로부터 오는 위협을 완화시켜줄 해결책을 줄 수도 있다. 최근 생명공학연구에서 이뤄낸 발전은 유기물질이 이산화탄소를 어떻게 소비하고 쓰는가에 대한 우리의 이해를 빠르게 증대시켰다.
이처럼 자연생태계 생물시스템 능력을 활용, 과학자들은 폐기물 이산화탄소와 C1분자를 에너지, 연료, 화학물질 및 새 물질로 바꾸는 획기적 방법을 연구하고 있다.
◆재생의학(Regenerative medicine)
재생의학은 인류수명이 늘고 질병치료가 발전하면서 점점 더 중요한 분야로 간주되고 있다. 여러 바이오물질을 바탕으로 해서 연구 중인 세포공학은 재생의학 발전을 가속화시키고 있다.
최근 줄기세포, 특히 유도다능성줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPS) 같은 기술 또한 재생의학개발을 앞당길 것이다. 세포공학과 유도다능성줄기세포을 비롯해 줄기세포기술이 손상되거나 오래된 인간의 장기를 건강한 것으로 대체해줄 날도 멀지 않았다.
◆빠르고 정확한 제약 및 백신 개발과 생산(Rapid and precise development and manufacturing of medicine and vaccines)
세계적으로 유행하는 전염병은 인류생존을 위협하는 가장 심각한 문제 중 하나다. 생명공학기술은 생물학적 위협요인을 빠르게 밝혀내고 치료약을 개발·생산하는데 도움을 준다.
최첨단 생명공학기술은 어떤 질병에도 치료할 수 있는 약물치료법과 백신을 빠르게 개발할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다.
메신저 약물치료법(messenger therapeutics), 타겟화한 면역요법(targeted immunotherapies), (환자의 개별 특성과 질병의 상태에 따라 약물종류와 용량을 조절하는) 맞춤형 나노입자(conjugated nanoparticles), 구조에 바탕을 둔 약물치료공학(structure-based engineering ) 등의 생명과학기술은 인류건강을 개선할 수 있는 약물치료법을 선보이고 있다.
◆정확, 신속하고 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측법(Accurate, fast, cheap, and personalized diagnostics and prognostics)
보다 선별화된(질병 유발 세포만 공격하는) 치료 및 나노기술과 정보기술 결합을 이용한 약물치료법은 빠르고 정확하면서도 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측시스템개발을 할 수 있게 만들 것이다.
◆토양과 물 개선을 위한 생명공학기술(Bio-tech improvements to soil and water)
경작할 수 있는 땅과 마실 수 있는 물은 지구상에서 가장 중요한 두 가지 자원임에도 이들의 공급은 한정돼 있다. 인류의 수요가 늘면서 물과 경작지에 대한 남용과 부적절한 사용으로 자원은 고갈위기에 놓여있다. 생명공학 발전은 이들 자원의 유한성을 극복하고 훼손된 부분을 복원할 수 있는 기술개발을 가져오고 있다.
바이오환경복원기술(bio-remediation), 바이오재생산기술(bio-regeneration), 유용한 박테리아를 증식해 환경을 되살리는 생물학적정화(bio-augmentation) 기술 등이 개발돼 물과 토양 자원의 복원 및 효용성을 높이는 중이다.
◆게놈서열을 통한 선진화된 의료서비스(Advanced healthcare through genome sequencing)
인간의 게놈서열을 처음 완성하는데 13년 이상의 시간과 15억 달러 이상의 비용이 들었다. 오늘날 우리는 1000 달러 미만으로 하루 만에 인간의 게놈서열을 완성할 수 있다.
인간이 갖고 있는 약 30억 개의 게놈 기본서열구조를 분석하면서 과학자들은 각 인간마다 수백만 개의 기본서열구조가 다르게 배열된다는 것을 밝혀냈다.
대부분의 경우엔 문제가 없으니 각 개인마다 다르게 배치되는 게놈의 기본서열구조는 질병을 일으키거나 특정질병에 걸리기 쉬운 특성으로 나타나기도 한다.
이처럼 인간의 유전자변형, 유전자와 환경의 영향에 따라 형성된 생물형질을 이해함으로써 현대의료연구와 실험은 더 발전하게 될 전망이다.
이영철 기자 panpanyz@
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또 ▲지속가능한 식량생산 공학 ▲해수를 이용한 바이오처리기술 ▲나노자원배수기술을 통한 폐기물 배출 없는 바이오처리 ▲게놈서열을 통한 선진화된 의료서비스 ▲토양과 물 개선을 위한 생명공학기술 ▲빠르고 정확한 제약 및 백신의 개발과 생산 ▲정확하고 빠르며 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측법 ▲재생의학 등이다.
세계경제포럼 산하 ‘생명공학 글로벌 아젠다 카운슬(Global Agenda Council on Biotechnology)’이 급속도로 수요가 늘고 있는 에너지와 자원, 인류 삶의 질을 높이는 식품, 영양, 보건에 도움될 10대 바이오기술을 뽑아 25일 발표했다.
이 위원회 의장인 이상엽 카이스트 생명화학공학과 교수는 10대 바이오기술 선정배경에 대해 “생명공학 글로벌 아젠다 카운슬이 선정한 기술은 생명공학분야의 거의 모든 기술을 망라하고 있다”며 “폐기물 사용, 개별화된 약물치료, 해양농업 등 생명공학기술은 인류가 처한 문제에 해결책을 제시하고 있다”고 밝혔다.
이 교수는 또 “생명공학글로벌위원회엔 이번 회의에서 규제적인 확실성과 대중의 높은 인식 및 투자증대가 생명공학을 발전시키는 원동력이란 공감대를 이뤘다”며 이 분야에 대한 꾸준한 관심과 지원이 필요하다고 언급했다.
발표된 10대 바이오기술은 지난해 10월 아랍에미레이트 두바이에서 열린 세계경제포럼의 글로벌 아젠다 카운슬 연례회의 때 10대 바이오기술을 정했고 지난 1월 말 세계경제포럼(다보스포럼)에서 협의를 거쳐 최종 확정됐다.
<인류 삶의 질을 높여줄 10대 바이오 유망기술들>
◆생명공학기술에 기반을 둔 화학물질, 에너지, 연료, 기타 물질의 지속가능한 생산(Bio-based sustainable production of chemicals, energy, fuels and materials)
지난 20세기동안 인류의 활동은 탄화수소 화석연료의 세계 매장량 절반에 가까운 자원을 고갈시켜왔다. 땅속에 축적되는데 6억년 이상 걸린 화석연료는 재생자원이 아니다. 연료의 채굴, 정제, 사용은 온실가스 배출과 이에 따른 지구온난화에 큰 원인을 제공했다.
인류의 지속가능한 발전을 위해선 탄소중립 대체자원이 개발돼야 한다. 융합생명공학은 차세대 중요기술로 떠오르고 있다. 화학물질, 연료, 기타 식물로부터 얻을 수 있는 물질개발 등 바이오기술에 바탕을 둔 재생가능한 생산을 할 수 있다.
◆지속가능한 식량생산공학(Engineering sustainable food production)
세계 인구와 부의 증가는 인류가 생존에 필요한 식량(공급과 연료뿐만 아니라)을 어떻게 생산해야 하는가에 대한 문제를 제시하고 있다. 논란의 여지는 있지만 현대 유전자조작작물은 농업생산량 증대를 지원해왔다.
2011년 29개의 나라(그 중 19개국은 개발도상국)에서 1670만 농부들이 약 50만평(4억 에이커)의 땅에서 생명공학기술로 개발된 농작물을 재배했다. 적절하게만 운용된다면 이들 작물은 해충제사용을 낮추고 토양을 부식시키는 경작을 줄여줌으로써 잠재적인 도움을 줄 수 있다.
◆해수를 이용한 바이오처리기술(Sea-water based bio-processes)
지구표면의 70% 이상은 바다물이 차지한다. 해수는 지구에서 쓸 수 있는 가장 흔한 수자원이다. 하지만 아직도 인류는 해수를 온전하게 이용할 수 있는 법을 모르고 있다.
한 예로 해수에서 생존할 수 있는 헬리오픽박테리아를 빠르게 성장토록 만들어 화학물질, 연료, 고분자재료 등을 포함해 유용한 물질로 만들 수 있다. 대형조류와 미세조류 같은 바다에 있는 식물을 활용하는 광합성 바이오매스에 기반을 둔 기술인 해양농업 또한 주목받고 있다.
◆나노자원배수기술을 통한 폐기물 배출 없는 바이오처리(Non-resource draining zero waste bio-processing )
생명공학기술로 쓰레기(폐기물) 배출 없는 지속가능한 삶은 이제 현실화 될 수 있다. 폐기물 스트림(waste stream, 폐기물 처리 전 과정) 바이오 재처리를 거치면서 유용한 화학물질과 연료로 바꿔 마지막까지 남게 되는 쓰레기마저 없앤다.
생명공학기술 발전으로 폐기물 처리비가 줄고 메탄을 포함한 재처리시설 사용과 폐열발생도 줄었다. 또 생명공학기술은 폐기물 독성을 줄이고 폐기물 재사용을 지원해 폐기물스트림을 단순화시켜 우리사회가 서서히 쓰레기 없는 지속가능한 곳으로 발전할 수 있게 도와준다.
◆원료로서 이산화탄소 사용(Using carbon dioxide as a raw material)
생명공학기술은 이산화탄소 수치증가로부터 오는 위협을 완화시켜줄 해결책을 줄 수도 있다. 최근 생명공학연구에서 이뤄낸 발전은 유기물질이 이산화탄소를 어떻게 소비하고 쓰는가에 대한 우리의 이해를 빠르게 증대시켰다.
이처럼 자연생태계 생물시스템 능력을 활용, 과학자들은 폐기물 이산화탄소와 C1분자를 에너지, 연료, 화학물질 및 새 물질로 바꾸는 획기적 방법을 연구하고 있다.
◆재생의학(Regenerative medicine)
재생의학은 인류수명이 늘고 질병치료가 발전하면서 점점 더 중요한 분야로 간주되고 있다. 여러 바이오물질을 바탕으로 해서 연구 중인 세포공학은 재생의학 발전을 가속화시키고 있다.
최근 줄기세포, 특히 유도다능성줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPS) 같은 기술 또한 재생의학개발을 앞당길 것이다. 세포공학과 유도다능성줄기세포을 비롯해 줄기세포기술이 손상되거나 오래된 인간의 장기를 건강한 것으로 대체해줄 날도 멀지 않았다.
◆빠르고 정확한 제약 및 백신 개발과 생산(Rapid and precise development and manufacturing of medicine and vaccines)
세계적으로 유행하는 전염병은 인류생존을 위협하는 가장 심각한 문제 중 하나다. 생명공학기술은 생물학적 위협요인을 빠르게 밝혀내고 치료약을 개발·생산하는데 도움을 준다.
최첨단 생명공학기술은 어떤 질병에도 치료할 수 있는 약물치료법과 백신을 빠르게 개발할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다.
메신저 약물치료법(messenger therapeutics), 타겟화한 면역요법(targeted immunotherapies), (환자의 개별 특성과 질병의 상태에 따라 약물종류와 용량을 조절하는) 맞춤형 나노입자(conjugated nanoparticles), 구조에 바탕을 둔 약물치료공학(structure-based engineering ) 등의 생명과학기술은 인류건강을 개선할 수 있는 약물치료법을 선보이고 있다.
◆정확, 신속하고 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측법(Accurate, fast, cheap, and personalized diagnostics and prognostics)
보다 선별화된(질병 유발 세포만 공격하는) 치료 및 나노기술과 정보기술 결합을 이용한 약물치료법은 빠르고 정확하면서도 적은 비용의 개별화된 질병진단 및 예측시스템개발을 할 수 있게 만들 것이다.
◆토양과 물 개선을 위한 생명공학기술(Bio-tech improvements to soil and water)
경작할 수 있는 땅과 마실 수 있는 물은 지구상에서 가장 중요한 두 가지 자원임에도 이들의 공급은 한정돼 있다. 인류의 수요가 늘면서 물과 경작지에 대한 남용과 부적절한 사용으로 자원은 고갈위기에 놓여있다. 생명공학 발전은 이들 자원의 유한성을 극복하고 훼손된 부분을 복원할 수 있는 기술개발을 가져오고 있다.
바이오환경복원기술(bio-remediation), 바이오재생산기술(bio-regeneration), 유용한 박테리아를 증식해 환경을 되살리는 생물학적정화(bio-augmentation) 기술 등이 개발돼 물과 토양 자원의 복원 및 효용성을 높이는 중이다.
◆게놈서열을 통한 선진화된 의료서비스(Advanced healthcare through genome sequencing)
인간의 게놈서열을 처음 완성하는데 13년 이상의 시간과 15억 달러 이상의 비용이 들었다. 오늘날 우리는 1000 달러 미만으로 하루 만에 인간의 게놈서열을 완성할 수 있다.
인간이 갖고 있는 약 30억 개의 게놈 기본서열구조를 분석하면서 과학자들은 각 인간마다 수백만 개의 기본서열구조가 다르게 배열된다는 것을 밝혀냈다.
대부분의 경우엔 문제가 없으니 각 개인마다 다르게 배치되는 게놈의 기본서열구조는 질병을 일으키거나 특정질병에 걸리기 쉬운 특성으로 나타나기도 한다.
이처럼 인간의 유전자변형, 유전자와 환경의 영향에 따라 형성된 생물형질을 이해함으로써 현대의료연구와 실험은 더 발전하게 될 전망이다.
이영철 기자 panpanyz@
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