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바이오기술 통해 복지와 성장을 동시에 구현할 수 있어
바이오기술 통해 복지와 성장을 동시에 구현할 수 있어
  • 한국생명공학연구원 원장 장규태
  • 승인 2019.06.14 15:29
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게놈 분석 비용 100달러 시대
유전체, 진료기록 등의 빅데이터 활용 일상화
미국의 인간게놈프로젝트, 고용창출 430만 명, 아웃풋 9,600억 달러, 부가가치 4,600억 달러 창출

2013년 할리우드의 여배우 안젤리나 졸리가 집안 내력인 유방암에 대해 발병 유전자 돌연변이를 개인 유전자 분석을 통해 확인하고 유방 절제 수술을 받은 일이 세간의 주목을 받았다. 유명인의 수술이기도 했지만 아직 발병하지도 않은 병에 대해 미리 수술을 받는다는 것이 사람들을 더욱 놀라게 했다. 유전자 분석기술은 이미 우리 신체의 병을 예견할 수 있는 수준까지 발달했다. 미래에는 여기에 더해 절제 수술이 아닌 간단한 약물치료로 암에 걸릴 확률을 제거할 수 있을 것으로 전망된다.

게놈 분석이 100달러 시대에 진입하고, 유전체, 진료기록 등의 빅데이터 활용이 일상화되고 있다. 특히 의료분야에서는 치료 중심(Cure)에서 예방·관리 및 개인 맞춤형(Care)으로 패러다임이 전환되고 있다. 인공지능이 의료계에 진출하여 의사의 진단을 보조하고 있는 2017년의 현재. 우리는 2030 바이오경제세대를 이미 경험하고 있다.

4차 산업혁명과 바이오경제시대의 도래

인류의 역사는 해결되지 않는 문제에 대한 도전의 길이었다. 이스라엘의 세계적인 미래학자인 유발 하라리(Yuval Noah Harari) 교수는 그의 저서「호모데우스」에서 그동안 인류는 질병, 기아, 전쟁 등 세 가지 난제를 극복하기 위해 부단히 노력해 왔다고 밝힌 바 있다.

이처럼 인류는 18세기까지 수만년 동안 농업사회를 형성하면서 생로병사(生老病死)의 고단한 삶을 살아 왔다. 멘델(Gregor Mendel)이 1865년 완두의 교배실험을 통해 ‘유전의 법칙(laws of genetics)’을 밝혀내면서 생명현상의 원리에 대한 과학적 지식은 급속도로 축적되기 시작했으며, 1953년 왓슨과 크릭(James Watson and Francis Crick)이 DNA(Deoxyribose Nucleic Acid)의 구조가 이중나선 구조로 되어 있다는 것을 밝혀냄으로써 생명현상의 근본원리를 알 수 있게 되었다.

이후 60여년이라는 짧은 시간동안 생명과학, 생명공학 분야는 획기적인 발전을 거듭하고 있다. 특정한 유전자, 세포에 초점을 두고 연구를 하는 환원주의적인 접근방식에서 유전체학, 단백질체학, 생물정보학, 시스템 생물학 등 빅데이터(Big data) 분석과 처리를 기반으로 한 통합적 접근법으로 뛰어난 연구성과들이 창출되고 있다.

특히 인간게놈 해독비용이 100달러 수준으로 하락하면서 바이오기술은 새로운 국면을 맞이하고 있다. 개인용 컴퓨터(PC) 가격이 1,000달러 이하로 하락하고 대중화 되면서부터 3차 산업혁명이 본격적으로 일어나게 된 것처럼, 게놈해독 비용의 하락은 바이오경제시대로의 진입을 예고한다.

바이오경제란 생명공학기술이 인류의 복지와 경제성장을 동시에 달성하는 새로운 경제 패러다임으로서, 경제협력개발기구 OECD(Organization for Economic Cooperation and Development)는 2030년 바이오경제 시대가 도래 할 것이며, 2030년까지 바이오경제가 OECD 회원국 GDP의 2.7%를 차지할 것으로 전망하고 있다. 

< 바이오경제시대 도래 전망 >

출처 : 국가과학기술자문회의(2014.7), 생명공학정책연구센터 일부 수정
출처 : 국가과학기술자문회의(2014.7), 생명공학정책연구센터 일부 수정

이에 더해 최근의 4차 산업혁명의 대두는 바이오경제시대로의 진입을 가속화 시킬 요소로 작용하고 있다. 4차 산업혁명이란 자동화, 데이터 교류 및 제조 기술을 포함하는 용어로, 사이버-물리 시스템(Cyber Physical System), 사물인터넷(IoT), 인터넷 서비스들을 함께 포괄하는 ‘기술과 가치 사슬(Value-Chain)’의 총칭이라 할 수 있다. 생물체(organaic)와 무생물체(inorganic) 등 모든 것들이 서로 연결되어 보다 지능화된 사회로의 진화를 뜻한다. 4차 산업혁명에 있어서도 생물체에 대한 이해가 없으면 이러한 시스템이 불가능하기 때문에, 생명공학은 4차 산업혁명의 핵심 콘텐츠이자 성공의 열쇠라 해도 과언이 아니라 할 것이다. 

이에 따라 세계 각국은 바이오경제시대의 주도권을 선점하기 위해 국가차원의 바이오경제 청사진을 마련하는 등 유망 혁신 기술의 선점과 시장 선도를 위한 경쟁이 이미 본격화되고 있다. 미국의 National Bioeconomy Blueprint('12), EU 의 Bioeconomy for Europe('12) 등 국가 역량을 결집하기 위한 전략을 발표하고 있으며, 스위스 제약산업, 네덜란드 농업․종자산업, 중국 중의약, 일본 재생의료 등 국가별로 차별화, 특성화된 국가 브랜드 및 원천기술 확보 전략을 강화하고 있다.

우리나라도 바이오 육성정책을 체계적으로 추진하기 위하여 1994년부터 생명공학육성기본계획을 수립해 오고 있으며, 올해 9월, 제3차 생명공학육성기본계획을 확정 발표하였는데, 동 계획을 ‘바이오경제 혁신전략 2025’라 할 정도로 바이오경제 시대를 선도하기 위한 노력을 기울이고 있다.

바이오경제시대의 인류의 삶

미국의 경영학자 피터 드러커(Peter Ferdinand Drucker)는 미래를 예측하는 가장 좋은 방법은 미래를 창조하는 것이라 했다. 이를 염두에 둔다면, 바이오 분야에서 미래유망기술로 예측되고 있는 기술들을 살펴보면 우리 인류의 미래의 변화된 삶의 모습을 보다 구체적으로 가늠해 볼 수 있을 것이다.

바이오기술은 인류의 4대 난제를 해결할 수 있는 기술이므로, 이러한 기술을 기반으로 한 경제에서 우리는 보다 더 안전하고 풍요로운 삶을 실현할 수 것이고, 경제는 안정적 지속적으로 성장할 것이다. 바이오기술을 통하여 복지와 성장을 동시에 구현할 수 있게 되는 것이다.

또한, 저렴한 비용으로 신속하게 질병을 진단하고 맞춤형 치료를 받을 수 있으며, 기존의 석유를 대체할 바이오매스 기반 연료를 사용하여 에너지를 얻으며, 안전하고 영양가 높은 식량을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.

이러한 바이오경제시대에 인류의 삶을 획기적으로 변화시킬 기술에는 무엇이 있을지에 대해 필자가 소속된 한국생명공학연구원은 2015년부터 예측을 실시해왔다. 해당 기술들은 향후 5~10년 내에 기술적으로 실현이 가능하고, 바이오경제에 파급효과가 높을 것으로 전망되는 것들로, 빅데이터의 분석과 전문가 인터뷰 및 설문조사를 통해 선정하였다.

2017년 바이오 미래 유망기술로 미래환경, 메가트렌드 변화에 따른 이슈에 대응할 수 있는 10개의 기술이 선정되었는데, 해당 기술을 본 지면을 통해 소개한다.

① 대규모 임상 유전체 정보관리기술(Clinico-genomic big data management)

질병 예방·치료를 위한 임상 및 유전체 정보를 통합 관리하는 기술로서 기존의 임상 기반의 치료에서 개인 유전체 정보의 통합 활용을 통해 질병을 예방하고 환자를 치료하는 정밀의료를 가능케 하는 기술이다. 우리사회가 급속히 고령화 사회로 접어들고 있는 상황에서 그에 따른 질병치료에 대한 비용을 절감하고 치료기간을 단축할 수 있는 맞춤의료 기술이다.

② 단일세포 유전체 분석기술(Single cell genomics)

다세포 생물의 조직을 이루는 개개의 세포 수준에서 DNA, RNA 등의 유전체 정보를 분석하는 기술로서, 개별 세포의 서로 다른 분자적인 특징을 이해함으로써 암세포 등 질병 세포 이질성에 따른 맞춤형 치료가 가능하다.

③ 역학정보분석기술(Infoepidemiology)

인공지능 및 빅데이터 분석기술을 활용한 감염병 발생과 바이러스 확산을 예측하는 기술로서, 효율적인 감염병 예방 관리 시스템 구축을 바탕으로 미래 예측형 감염병 대응이 가능하다. 신종 및 변종 감염병을 조기에 진단하여 확산을 방지함으로써 사회적 비용부담을 완화할 수 있다.

④ 모바일 인공지능 진단기술(Mobile AI diagnostics)

모바일기기 내장 센서에 의한 데이터와 문자, 음성, 통신 등 빅데이터 분석을 통해 질병의 예방·진단·관리에 응용되는 기술로서, 특정 질병의 원인 추적 및 치료 경과 관찰, 감염성 질환의 전파 차단 등 국민 건강 증진에 기여할 수 있는 기술이다. 축적된 의료 데이터를 기반으로 치료 가능한 질환의 정밀 진단 및 조기 발견으로 의료의 질 향상과 의료비 절감 효과를 동시에 추구할 수 있다.

⑤ 웨어러블 건강관리기술(Wearable health device)

생체신호(맥박, 체온, 혈압, 심전도 등)의 실시간 수집을 통한 웨어러블기기의 제조 및 데이터 분석을 통한 건강 관리기술로서, 생체신호의 지속적인 수집을 통해 다양한 급/만성질환의 조기 진단 및 예방이 가능하다. 치료에서 예방 중심으로 의료서비스 패러다임의 변화에 대응하는 기술이다. 개인 맞춤형 진단 및 생활 습관 정보 제공을 통해 질병 예방에 도움을 줄 수 있다.

⑥ 유전자 편집을 통한 질병치료기술(Genome editing-base gene/cell therapy)

유전자 가위를 이용해 세포 내 유전자를 편집하여 질병을 치료하는 기술로서, 근본적인 해결이 없는 희귀 유전질환 등 치료 효율이 낮은 난치질환에 대해 효과적인 치료법을 제공할 수 있다.

⑦ 순환 종양세포 DNA 탐지기술(Circulating tumor DNA detection)

암 환자의 말초 혈액 내에서 순환하는 암세포와 순환 DNA를 탐지하는 기술로서, 환자의 혈액 내 순환하고 있는 종양 세포나 DNA를 적은 고통으로 추출 가능하고 정확한 분석결과의 확보가 가능하다. 암의 재발 여부를 검사할 수 있기 때문에 항암 치료의 효과를 확인하는 것이 가능한 기술이다.

⑧ 연속식 혈당측정기술(Continuous glucose monitoring)

혈액 채취 없이 비침습적인 방법으로 혈당을 연속적으로 측정하는 센서의 고도화 기술로서, 채혈 및 여러 단계를 거치는 불편한 과정 없이 혈당 측정이 가능하여 당뇨 환자의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다. 당뇨 환자가 기하급수적으로 늘어나는 상황에서 장기간 혈당 수치 변화를 감지하고, 저혈당 쇼크 위험이나 지속적인 고혈당 노출로 인해 나타날 수 있는 합병증을 최소화할 수 있다.

⑨ 생체 내 직접교차분화기술(in vivo direct reprogramming)

세포의 체외조작 없이 생체 내에서 직접교차분화를 유도하여 세포의 운명을 바꾸는 기술로서, 생체 내에서 재생이 필요한 세포를 직접 만드는 기술로 재생의학의 패러다임을 전환시킬 수 있을 것으로 기대되는 기술이다. 생체 내에서 직접 교차분화를 유도하고 이를 통해 질환을 치료할 수 있어 재생의학의 근본적인 방법론을 변화시킬 수 있다.

⑩ 후성유전학적 발생·분화 조절기술(Epigenetic regulation of development)

후성유전학적 방법으로 발생 및 분화 과정에서 광범위한 유전자들의 발현을 조절하는 기술로서, 발생 및 분화 과정의 정교한 조절을 통해 원하는 세포를 제작하고, 3차원적인 발생·분화 등 생명현상 이해에 기여할 수 있다. 발생과정의 정확한 이해를 통해 고품질의 세포생산을 가능하게 하여 재생의학적 치료의 효과성을 증진시킬 것으로 기대되는 기술이다.

< 바이오헬스 이슈를 선도하는 10대 미래유망기술 >

출처 : 생명공학정책연구센터, 2017 바이오 미래유망기술(2016.12)
출처 : 생명공학정책연구센터, 2017 바이오 미래유망기술(2016.12)

이러한 미래유망기술들과 더불어 건강·의료 분야에 대한 수요가 지속적으로 증가하면서 향후 바이오산업 시장은 개인맞춤 치료가 가능한 줄기세포치료제·유전자치료제 등이 중심이 될 전망이다.

이러한 치료제들은 만성질환, 희귀난치질환 등에 따른 기대수명과 건강수명 간 격차를 줄일 수 있는 대안으로써 난치성·희귀질환에 대한 치료법을 제공하여 질병에 따른 가정경제 붕괴 등에 따른 국민행복 문제도 해결 가능한 시대를 열 수 있다.

유전자치료제 개발 현황과 효과
사례

◉ 유전자 결함으로 지방을 분해하지 못해 급성췌장암에 이르게 하는 희귀유전질환*을 앓고 있던 A씨가 선택할 수 있었던 유일한 치료방법은 평생을 저지방 식사를 하며 사는 것 이였음
  * 지단백 지질분해 효소결핍증(LPLD)
◉ 하지만 최근 출시 된 유전자치료제를 통해 유전질환을 유발하는 결함 유전자를 온전한 유전자로 대체함으로써 병을 영구히 치료함

효과
◉ 국내 희귀 유전질환 환자 수는 약 50만명에 달하고 있으며, 국내에 등록된 희귀질환 수는 800여개에 이르고 있음
◉ 유전자의 진단을 통해 희귀 유전질환의 원인을 알아내서 치료하게 된다면 원인을 알 수 없거나 치료 방법이 없어 병을 방치하던 희귀질환 환자 및 가족의 삶의 질 저하를 막을 수 있음 
* 희귀질환으로 인한 퇴직 비중 : 75% 이상, 희귀질환 평균 치료비는 수천만원에 이르고 있음

줄기세포치료제 개발 현황과 효과
사례

◉ 히딩크 감독은 무릎 관절염으로 인해 일상생활을 하는데 지장을 받을 수 있을 정도의 불편함이 생기자 현재 일반적인 치료법인 ‘인공관절 수술’ 대신 무릎 연골을 재생하는 줄기세포 치료를 통해 큰 수술 없이 관절염을 치료하였음

효과
◉ 국내 인구 중 10~15%, 노인(65세 이상) 인구 중 90%가 앓고 있는 관절염은 그 정도가 심해지면 주로 수술을 통해 인공관절을 삽입하여 치료를 택함
◉ 인공관절의 수명은 15~20년이며, 수술 환자의 70%는 수술 전에 즐기던 운동이 불가능하기 때문에 줄기세포를 이용해서 간단하게 치료 후 재활 과정을 거친다면, 복잡한 수술 없이 일상생활을 즐길 수 있는 건강수명이 증가될 것임

한편, 바이오기술은 그동안 성장세가 둔화되었던 우리 경제에 새로운 활력을 불어 넣어 줄 수 있는 신성장 동력으로서 큰 역할을 할 수 있다.

1990년 미국에서 3조원을 들여 인간게놈프로젝트를 수행한다고 했을 때 많은 사람들이 굉장히 회의적인 시각을 보여 주었다. 그러나, 2003년 인간게놈프로젝트가 성공적으로 마무리 되었을 때 인간게놈프로젝트를 통하여 고용창출 430만 명, 아웃풋 9,600억 달러, 부가가치 4,600억 달러 등 미국 경제에 엄청난 시장규모와 고용을 유발했다.

또한, 우리나라 바이오벤처의 경제적 효과를 보면, 현재 활동하고 있는 바이오벤처의 수는 1,545개에 이르고, 고용창출 38,000여명, 매출액도 8조 6천억원에 이르고 있다. 

바이오산업 중에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 바이오헬스케어 분야는 기술 융합화로 산업간 경계가 무너지고 산업 간 통합화가 진행되면서 더욱 더 성장이 가속화 되고 있는 상황이다.

세계적인 제약기업인 노바티스(Norvatis)는 유전정보 수집 분석 기반의 맞춤치료를 준비하고 있는데, 노바티스 내 연구인력의 1/3이 IT 인력이다. 미국의 반도체 및 통신장비 기업인 퀄컴(Qualcomm)도 의료기기, 장비, 디지털 병원사업 등 의료분야의 투자를 본격화하고 있다. Google은 바이오헬스 분야에 투자 비중을 40%에 가깝게 증가시키고 있으며, IBM은 슈퍼컴퓨터 왓슨(Watson)의 빅데이터 분석능력을 극대화한 의료결정 지원 서비스를 제공하고 있다.

유전자 정보 분석기업인 23andMe는 질환위험 유전자 검사로 축적된 DB를 기반으로 신약 개발을 추진하고 있고, 미국의 건강보험 회사인 카이저(Kaiser Permanente)는 전자의료 분야에 뛰어 들었으며, Ancestry.com은 150억 명 이상의 가계도를 기반으로 새로운 맞춤의료 사업을 추진하고 있다.

이와 같이 제약기업, IT 기업, 분석기업, 진단기업, 서비스 기업 간의 경계는 점차 허물어지고 바이오헬스케어라는 하나의 시장에 모여들어 경쟁하는 구도가 형성되고 있는 것이다. 향후 미국에서는 스포츠 의류업체, 유통업체, 물류업체, 통신업체까지 바이오헬스케어 시장에 진출할 것으로 판단된다고 하니, 이러한 역동적인 변화의 물결 속에서 새로운 기회가 창출될 것으로 전망된다.   

또한 전 세계적인 경제성장 정체에 따라 국내도 경제성장과 비례한 일자리 창출 부진 문제가 대두되고 있는데, 바이오경제가 일자리 문제를 해결할 열쇠를 만들고 있다. 앞서 말한 미국의 인간게놈프로젝트를 통한 일자리 창출에서 보았듯이 바이오분야는 고용 유발 효과가 크고 신규 일자리 창출이 유망한 분야다. 우리나라의 바이오 분야 취업유발계수는 15.8로 제조업의 9.4보다 높다. 현재는 바이오분야 일자리 비중이 2%대지만, 향후 바이오산업이 성장한다면 기술기반의 양질의 일자리 확보로 연결될 수 있다.

이와 함께 바이오분야 신규 융합산업의 발달을 통해 일자리군의 변화도 예상된다. 예를 들면, BT와 IT가 결합된 기술로 건강데이터를 수집·가공해 만성질환의 자가 진단 및 관리에 활용할 수 있는 웨어러블 디바이스(Wearable Device)나 빅데이터 기반 정밀의료기술, 질병 진단 센서 등의 산업이 주목을 받을 것으로 예상되면서 융·복합 기술을 통해 새로운 산업과 일자리군이 창출되고 있다.

바이오경제시대를 선도하기 위한 조언

지금까지 바이오기술이 우리 삶에 어떠한 영향을 끼칠지, 바이오경제 발전의 현황은 어떠한지 살펴보았다. 바이오가 그리는 미래는 인류의 건강과 행복한 삶이지만, 이를 위해서는 지금부터 여러 가지 측면에서의 준비가 필요하다. 지금까지 축적된 연구역량, 산업역량을 토대로 바이오강국에 진입하기 위한‘골든타임’에 놓여있다 할 수 있다.

가장 먼저 고민해야 하는 것이 규제다. 바이오는 윤리의 문제가 동반되는 산업이기 때문에 신산업을 육성하기 위해서는 기존 규제의 틀에서 벗어나 혁신의 관점에서 새롭게 규제를 정비할 필요가 있다. 창의적인 아이디어가 신기술과 융합하여 대형 성과를 창출할 수 있도록 바이오연구에 대한 규제를 네거티브 방식으로 전환하고, 연구실에서의 기초 연구성과가 임상을 거쳐 사업화까지 연계될 수 있도록(Discovery to Market) 각 단계별로 서둘러 공백을 메꾸어야 한다.

또한 기초 연구 성과를 임상으로까지 연계하는 중개연구 분야는 의사과학자의 역할이 중요한데, 병역의무 이행 중인 공중보건의를 바이오 분야 정부출연연구기관, 바이오 벤처 등에 배치하여 바이오 연구개발 단계에서 전문성을 발휘하도록 유도하면 기초 연구와 임상간의 원활한 연계를 도모할 수 있을 것이다.

한편, 임상과 사업화 간 연계를 위해서는 바이오산업 규모 확대를 위하여 바이오 금융/투자 전문가, 바이오 기술이전/사업화 전문가 등을 양성하여 바이오산업 규모 확대를 위한 첨병 역할을 맡겨야 한다. 

바이오산업 생태계 확충 또한 중요한 과제이다. 미국은 기술확보-창업-성장-회수-재투자의 선순환 구조가 잘 확립되어 있는 반면에, 우리는 각 단계별로 한걸음 나아가기가 매우 어려운 상황이다. 이를 해결할 수 있는 제도 마련이 절실해 보인다.

제3차 생명공학육성기본계획(바이오경제 혁신전략 2025)이 성공적으로 추진되어 우리나라가 글로벌 바이오 강국의 대열에 진입하길 바라며, 고단하기만 했던 인류의 삶이 바이오기술, 바이오경제에 힘입어 안전하고 풍요로운 무병장수의 삶으로 한층 더 업그레이드되기를 기대해 본다. 

한국생명공학연구원 전경
한국생명공학연구원 전경

 

 


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