합성생물학(Synthetic Biology) 혁신 기술 트렌드 및 시장 사업화 전망(바이오 안보(Biosecurity)로 주목받는)

IRSGlobal편집부

Ⅰ.합성생물학과유전공학의혁신기술트렌드

1.포스트코로나시대합성생물학(SyntheticBiology)기술
1-1.포스트코로나시대의료산업
1)바이오경제시대
2)헬스케어산업의혁신적인변화
3)치료방식의변화유전체시퀀싱(Sequencing)
1-2.바이오혁신기술합성생물학(SyntheticBiology)산업의개요
1)합성생물학산업
2)합성생물학개념
1-3.합성생물학(SyntheticBiology)기술
1)합성생물학개발이력
(1)새로운변화
(2)개발이력
2)합성생물학의발전
3)합성생물학의활용분야별변화와부작용
(1)활용분야별변화
(2)예상되는부작용
1-4.합성생물학(SyntheticBiology)과정
1)합성생물학과DNA
(1)DNA구조
(2)DNA와합성생물학
2)합성생물학과유전자네트워크
3)합성생물학과유전자배열
(1)유전자개념
(2)유전자기능
4)유전암호와단백질합성
(1)유전암호(Geneticcode)
(2)단백질합성
①전사(transscrption)
②번역(Translation)
5)DNA,RNA단백질의기능
(1)DNA(DeoxyriboNucleicAcid)단백질
(2)RNA(RiboNucleicAcid)단백질
①RNA간섭(RNAinterference,RNAi)
②작은간섭RNA(smallinterferingRNA,siRNA)
③마이크로RNA(microRNA,miRNA)
④RNA간섭과질병치료
6)합성생물학의핵심기술합성유전자배열
(1)합성유전자배열
(2)합성세포프로세스

2.유전공학(geneticengineering)과생물학
2-1.유전공학(geneticengineering)
1)유전공학의개요
(1)유전공학개념
(2)유전공학(geneticengineering)과유전체공학(genomicengineering)의차이
2)유전자가위,크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)
(1)유전자가위개요
①유전자가위개념
②DNA절단및복구과정
③유전자편집(GeneEditing)기술
(2)제3세대유전자가위크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)
2-2.시스템생물학(systemsbiology)
1)유전체(genome)
(1)유전체정보분석
(2)유전체기능분석
2)전사체(transcriptome)
(1)전사체학개념
(2)전사체분석
3)단백질체(proteome)
(1)단백질체개념
(2)단백질체분석
4)대사체(metabolome)
(1)대사체개념
(2)대사체분석

3.합성생물학(SyntheticBiology)기술개발동향
3-1.인공생체고분자/인공세포
1)인공생체고분자/인공세포의개요
2)주요연구개발동향
(1)인공생체고분자
(2)인공세포
3)新기술전개및이슈
4)향후기술과제
3-2.유전자합성
1)유전자합성개요
2)유전자합성기술
3-3.DNA해독기술게놈엔지니어링(genomeengineering)
1)합성생물학과게놈해독
(1)생명공학기술바이오융합
(2)생명언어를다루는기술게놈분석(Genomesqence)
①게놈분석(Genome)개요
②게놈분석기술동향
3-4.DNA클로닝(cloning)
1)DNA클로닝(cloning)개념
2)DNA클로닝(cloning)기법
3)유전자클로닝(cloning)목적
3-5.유전체데이터
1)유전체정보분석
(1)단일유전자검사(Sangersequencingㆍ생어시퀀싱)
(2)인간게놈프로젝트(HumanGenomeProject)
(3)차세대염기서열분석(NextGenerationSequencing)
(4)차세대염기서열분석(NGS)기술의종류
①전장엑솜시퀀싱(WhomeExomeSequencing,WES)
②전장유전체시퀀싱(WholeGenomeSequencing,WGS)
③목표유전자시퀀싱(TargetedGeneSequencing,TGS)
④유전체분석기술과디지털헬스케어
2)유전체개인맞춤분석
3-6.부위특이적돌연변이(Site-DirectedMutagenesis,SDM)
Ⅱ.합성생물학주요분야별연구개발동향분석

1.‘유전자가위’연구개발동향분석
1-1.분석절차
1-2.연도별연구동향
1-3.인용상위연구
1-4.주요단어및네트워크분석
1-5.주제분석
1-6.연구주제별평균인용수
1-7.연도별주요학술지
1-8.주제별전망
1-9.오픈엑세스저널비율
1-10.펀딩연구의비율

2.‘시스템생물학’연구개발동향분석
2-1.분석절차
2-2.연도별연구동향
2-3.인용상위연구
2-4.주요단어및네트워크분석
2-5.주제분석
2-6.연구주제별평균인용수
2-7.연도별주요학술지
2-8.주제별전망
2-9.오픈엑세스저널비율
2-10.펀딩연구의비율

3.‘바이오플라스틱’연구개발동향분석
3-1.분석절차
3-2.연도별연구동향
3-3.인용상위연구
3-4.주요단어및네트워크분석
3-5.주제분석
3-6.연구주제별평균인용수
3-7.연도별주요학술지
3-8.주제별전망
3-9.오픈엑세스저널비율
3-10.펀딩연구의비율
4.‘바이오안보’연구개발동향분석
4-1.분석절차
4-2.연도별연구동향
4-3.인용상위연구
4-4.주요단어및네트워크분석
4-5.주제분석
4-6.연구주제별평균인용수
4-7.연도별주요학술지
4-8.주제별전망
4-9.오픈엑세스저널비율
4-10.펀딩연구의비율

Ⅲ.합성생물학주요활용분야별적용동향및시장전망

1.합성생물학의주요활용분야별적용동향과전망
1-1.의료분야
1)게놈백신(Genomicvaccines)
2)신약분야
3)바이오센서
1-2.바이오연료,재생에너지
1-3.바이오소재,그린화학제품
1)바이오플라스틱(bioplastic)
2)바이오화장품
1-4.농업

2.합성생물학과바이오안보
2-1.바이오안보의개요
2-2.바이오안전및안보의중요성
1)생명윤리(bioethics)논란
2)생물안전성(biosafety)논란
3)생물안보(biosecurity)논란
(1)감염병(InfectiousDiseases)
(2)바이오테러(Bioterror)
(3)생물학무기(BiologicalWeapons)

3.국내외합성생물학산업동향및시장전망
3-1.주요국별합성생물학산업및정책동향
1)미국
(1)산업동향
(2)정책동향
(3)주요바이오파운드리
①AgileBioFoundry(ABF)
②DAMPLab
③iBioFAB(IllinoisBiologicalFoundryforAdvancedBiomanufacturing)
2)중국
(1)산업동향
(2)정책동향
(3)주요바이오파운드리
①ShenzhenBiofoundry
②MOE(FrontierScienceCenterforSyntheticBiology)
3)영국
(1)산업동향
(2)정책동향
(3)주요바이오파운드리
①EGF(EdinburghGenomeFoundry)
②LondonBioFoundry
③EarlhamBioFoundry(EarlhamInstitute)
④SYNBIOCHEM
4)한국
(1)산업동향
(2)기술수준
(3)생태계
3-2.시장전망
3-3.국내정책추진동향
1)합성생물학핵심기술선제적확보
(1)빅데이터ㆍAI기반인공세포설계ㆍ제작원천기술확보
(2)바이오제조공정혁신을위한단계(DBTL)별요소기술개발
2)정부주도의공공바이오파운드리구축
(1)합성생물학기반D-B-T-L코어중심의K-바이오파운드리구축
(2)바이오파운드리핵심장비국산화
3)합성생물학기반바이오제조혁신조기성과창출
(1)기존산업의바이오융합新산업창출지원
(2)합성생물학기반제품개발지원및창업활성화
(3)민간부문의합성생물학R&D투자부담완화
4)합성생물학발전생태계조성
(1)합성생물학미래전문인력양성
(2)사회적수용성확보및규제개선
(3)국내역량결집및국제협력활성화

바이오안보로주목받는,합성생물학(SyntheticBiology)혁신기술트렌드및시장ㆍ사업화전망

합성생물학은인류의복지와경제성장을동시에달성하는바이오경제(bioeconomy)를가능하게하는플랫폼기술(Platformtechnology)로각광받으며,산업전반에거쳐다양한응용잠재성을기반으로고부가가치의바이오연료,의약품,유기물질등을생산하거나암을제거하는미생물(microorganisms)을만들수있으며,온실가스배출감소와식량및에너지안보문제도해결할수있을것으로예상하고있다.

이처럼치명적인유전자결함을제거하기위한강력한도구개발이라는긍정적인면과함께자칫시장주도의우생학으로발전할수있다는악용가능성에대한문제가제기되며,이를차단할수있는제도마련이시급하다는의견이점차높아지고있다.

이와같이바이오안보에대한중요성이커지고있는상황에서바이오안보위험이초국가적이고글로벌한차원에서발생하는만큼이에대한대응체계도글로벌차원에서구축해야하는데,글로벌대처방안은▲정부,민간부문,국제및비정부기구간의부문간통합을촉진▲바이오테러및기타위험을줄이기위한단호한병원균의통합및확보라는세계적목표를추진▲바이오안보개선에중점을둔기술및의학적진보를저해하는장벽을제거▲급속한과학적및기술적진보와보조를맞추기위해규범을업데이트할것을지지▲글로벌보건안보의제를지지하는강력한비정부기구활동의개발을이끌어낸다는슬로건을내놓고있다.

또한,합성생물학은식량ㆍ연료ㆍ기후와관련해현재지구가직면하는실존적환경위기의대안으로떠오르고있는데,현재세계전체육지의약40%가인간의식량생산에할애되고있지만,그럼에도불구하고세계인구의9명중1명은배고픔을경험할만큼식량부족에시달리고있는상황에서식물과고기의합성등과같은방식을통해식량난을해결할수있을것으로예상하고있다.

뿐만아니라2050년이되면추가로늘어나는인구20억명에대한식량이확보되어야하는상황에서합성생물학은인간이원하는목적에맞는연구를통해유전자변형미생물을만들어내거나품종개량등을통해척박한환경에서도살아남을수있는작물을만들어식량을생산함으로써새로운해결책을제시할수있을것으로기대하고있다.

또한기후변화를해결하기위해서는전세계가탄소배출량을2050년까지완전히없애야하는상황에서합성생물학은화석연료통대신연료를생산하는미생물이담긴통을장착한자동차를생산하거나서로다른기능을인공적으로합성해전혀새로운물질로전환하는특성을활용함으로써대체에너지로활용하는등새로운가치를불어넣을것으로예상하고있다.

이처럼환경오염을극복할대안으로합성생물학이주목받고있는가운데,현재치명적인해양오염을일으키는유조선원유유출사건의경우,인간의노력만으로해결하기힘든대량의원유유출기름을분해할수있는자생박테리아의유전자를해독을거쳐박테리아를대량생산함으로써오염을해결할수있는합성생물학연구가진행중인것으로알려지고있으며,그밖에사막에서잘자라는식물을합성함으로써환경문제도해결이가능할것으로분석하고있다.

또질병에있어합성생물학은DNA를구성하는아데닌(A),티아민(T),구아닌(G),시토신(C)외에인공염기를추가해질병에훨씬더강한환경을만들거나,유전자조작을통해질병의발생을미리막거나치료를할수도있으며,또한질병관련유전자를제거하고,심신의능력을향상시키는유전자를개발ㆍ확대함으로써근본적으로향상시킬수있을것으로예상하고있다.

세계합성생물학의시장규모는2018년42억7,000만달러에서연평균20%성장률을보이며2023년에는104억9,000만달러규모까지확대될것으로전망되고있다.

이에우리정부는2021년10월에‘바이오제조혁신을위한합성생물학생태계조성방안’을수립하였다.

합성생물학집중육성을통해바이오제품생산시간ㆍ비용은1/2로,혁신신약ㆍ소재연구개발효율은2배로제고한다는목표하에①인공세포설계ㆍ제조원천기술,바이오제조공정혁신요소기술등합성생물학핵심기술을선제확보하고,②합성생물학전(全)과정(D-B-T-L)을고속ㆍ자동화할정부주도의공공K-바이오파운드리를구축해나가고자한다.또한,합성생물학분야전문인력양성,기술활용을위한유전자변형생물체법등의법ㆍ제도보완등생태계조성과함께합성생물학기반제품개발및창업활성화도적극지원해나갈계획이다.

이와더불어정부는2021년12월22일,‘국가필수전략기술선정및육성ㆍ보호전략’에서10개국가필수전략기술중의하나로‘첨단바이오’를선정하면서집중육성ㆍ보호하기위한지속적투자확대,세제ㆍ기반(인프라)ㆍ인력등민간혁신촉진,기술유출방지등전방위적지원강화,‘국가필수전략기술육성에관한법률’제정추진으로지속적목표달성을위한기반을마련하고자한다.

이에IRS글로벌은‘합성생물학(SyntheticBiology)’의국내외기술ㆍ연구개발동향및산업분야별활용전망까지종합적으로분석,정리하여관련분야에관심을갖고계신분들께미력하나마도움을드리고자본서를기획,출간하게되었습니다.