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       세포 공장 만드는 '바이오디자인'이 세상을 바꾼다
       kimsg7596@kaist.ac.kr        
       관리자        2013.09.26 10:05        2752
참조 1 : http://www.dongascience.com/sctech/view/364
 

세포 공장 만드는 '바이오디자인'이 세상을 바꾼다

지능형 바이오 시스템 설계 및 합성 연구단 김선창 단장

 

  • SEMA | 기사입력 2013년 06월 07일 08:46 | 최종편집 2013년 06월 07일 08:46

 

'바이오디자이너'를 자처하는 사람이 있다. 생명체를 원하는 대로 설계하는 사람을 뜻하는 말인데, 지능형 바이오 시스템 설계 및 합성 연구단을 이끄는 김선창 단장(KAIST 생명과학과 교수)은 스스로를 바이오디자이너로 소개하며 '바이오디자인'이라는 말을 국내에 퍼뜨리고 있다.

 

"20세기가 석유나 광물을 원료로 무엇인가를 만드는 시대였다면 이제는 창의적으로 설계한 세포를 인공 공장 삼아 유용한 물질을 얻는 시대가 될 것입니다."

 

김 단장의 기대처럼 정부는 바이오디자인이 미래의 새로운 성장 동력이 될 것이라고 인정하며, 2011년 이 연구단을 글로벌프론티어 연구개발사업단으로 선정하고 9년간 최대 1200억원을 지원하고 있다.

 

생명체를 재설계해 세포 공장으로 활용한다.


"그동안 생명과학은 생명현상이 어디서 어떻게 일어나는지를 밝히는 탐구 규명 중심의 학문이었어요. 이제는 이를 이용해 인류가 필요로 하는 물질을 만드는 일에 관심이 쏠리고 있습니다."

생명과학의 역사 속에서 주요 생명체의 유전체 지도가 나오고 유전자와 단백질 간의 연결 과정이 밝혀지면서 과학자들은 생명체를 이용해서 원하는 물질을 만드는 기술을 발전시켜 왔다. 그러나 기존 생명과학 기법으로는 생산율을 높이는 데 한계가 있었다. 이미 이론적 한계치의 90%에 이르러 남은 10%를 두고 경쟁하는 상황이라는 것이다.

 

이에 전산학, 물리학, 화학, 기계공학, 나노과학 등을 융합해 생명시스템을 바꾸는 '합성생물학'이 부상하고 있다. 미국은 2010년 합성생물학을 미래 핵심과제로 선정하고 국가위원회를 구성해 전폭적으로 지원하고 있다. 영국도 올해 생명공학연구위원회(BBSRC)의 결정으로 6억 파운드(약 1조 원)를 합성생물학에 투입할 예정이다.

 

"합성생물학이라는 말이 어려울 것 같아서 저는 바이오디자인이라는 말로 바꿔 씁니다. 개념도 알고 보면 복잡하지 않습니다. 인슐린을 만드는 데 많이 쓰는 대장균을 예를 들어 볼게요. 지금까지는 대장균이 인슐린을 잘 만들 수 있도록 온도와 습도, 영양물질의 농도 등을 적당히 맞춰 주는 데 그쳤지만 합성생물학은 대장균의 내부를 완전히 뜯어고쳐 인슐린을 만드는 공장처럼 만들어 주는 것입니다."


바이오디자이너들이 가장 먼저 고안한 방법은 대장균의 유전자를 단순하게 만드는 것이었다. 수십억 년을 살아온 대장균은 추위와 더위, 습기와 건조한 상태를 버티고 바이러스의 침입에도 대비하기 위해 유전자를 복잡하게 만들어야 했다. 그러나 인슐린을 만드는 데 이렇게 복잡한 유전자는 필요 없다. 과거에는 어쩔 수 없이 복잡한 유전자를 그대로 써야 했지만 이젠 유전자의 기능을 알고 이를 조작할 수 있는 기술이 발전하면서 불필요한 유전자를 없앤 단순한 대장균을 만들 수 있게 됐다.

 

"여기에 생명현상의 각 과정을 단순화하고 반응이 빨리 일어나도록 맞춤형으로 설계하는 기술을 덧붙여서 인공 세포 공장을 만들려는 목표로 연구에 임하고 있습니다."

 

윤리·안전성 문제도 철저히 대비


바이오디자인은 색안경을 끼고 본다면 무척 위험한 기술일 수 있다. 인류에 해가 되는 균주나 바이러스로 대량으로 생산하는 기술로 악용할 수 있기 때문이다.

 

김 단장은 "새로운 기술이 나오면 언제나 어두운 부분을 지적하는 논란이 일게 마련"이라며 "자동차가 삶에 편의를 주었지만 사고 위험이 언제나 뒤따른다는 점을 누구나 받아들이는 것처럼 바이오디자인이 정말 가치 있는 기술로 인정받는다면 위험 요인을 최소화하는 노력이 동시에 진행돼야 한다"고 설명했다.

 

유럽과 미국은 DNA를 조작해 완전히 새로운 것을 만들 때면 생명윤리위원회를 거쳐 세부 내용을 검토 받게 하는 가이드라인을 마련했다. 연구자가 DNA를 어떻게 조작했는지도 엄격하게 관리해 추적이 가능하다. 규정뿐만 아니라 악용이 될 수 없도록 기술적으로 원천 차단하는 방법도 동시에 진행된다.

 

"처음 인공 세포 공장을 만들 때부터 정해진 환경을 벗어나면 살 수 없게 하는 조건을 5개 정도 넣는 것이지요. 온도나 산소 농도, 영양물질이 조금이라도 달라지면 공장이 '폐쇄'되게 만들어서 이 공장에서 나쁜 물질을 만들지 못하게 하는 것입니다"

 

"오랜 생명과학의 결실, 산업에서 대활약할 것"


세포 공장의 활용도는 무궁무진하다. 고가의 의약품을 대량으로 만들 수 있고 기능성 소재를 효율적으로 생산해 산업계의 판도를 바꿔 놓을 수도 있다. 김 단장은 유방암 치료제로 쓰이는 '에포틸론'을 예로 들었다.

 

"미생물에서 만드는 에포틸론은 1g에 3000만원이나 하지만 기존 치료제보다 효능이 좋고 부작용이 없다는 장점 때문에 주목을 받고 있습니다. 저희 연구단은 이 물질을 대량으로 생산하는 세포 공장을 만들려고 합니다."

 

현재 미생물에서 에포틸론을 만들려면 총 15단계를 거쳐야 하기 때문에 보름이 걸린다. 연구단은 이를 3~4단계로 단순화하고 생산에 걸리는 비용과 시간을 10분의 1로 줄이는 연구를 진행하고 있다. 마찬가지로 미생물을 이용해 인삼의 유용한 성분을 대량 생산하고자 한다.

 

"나노기술과 바이오디자인을 접목해 인공광합성 기술도 연구하고 있습니다. 이것이 완성되면 햇빛과 물, 공기만 있으면 양분을 생산하고 여기서 원하는 물질을 마음껏 생산할 수 있게 됩니다. 9년간의 사업이 완료되는 2020년, 바이오디자인이 바꿔 놓을 미래를 기대하셔도 좋습니다."

 

* 본 콘텐츠는 과학기술인공제회의 온라인 뉴스레터 공감 5월호에서 발췌한 내용입니다.

 

이재웅 ilju2@donga.com

(동아사이언스)




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