미래 바이오 기술, 관찰‧분석→편집‧합성‧예측하는 곳으로

[아이뉴스24 정종오 기자] 생명현상을 있는 그대로 ‘관찰‧분석(Read)’하는 분야를 넘어 ‘편집‧ 리프로그래밍(Edit)’ 하고, ‘모사‧합성(Write)’하며, ‘예측‧ 시뮬레이션(Imagine)’하는 분야로 미래 바이오가 진화할 것으로 전망됐다.

올해 선정된 10대 바이오 기술에는 △인간 면역체 △인공지능(AI)이 디자인한 유전자 편집기 △살아 움직이는 생물학적 로봇 △바이오 파운데이션 모델 등이 포함됐다.

2025년 바이오 미래유망기술 발굴 결과를 보면 앞으로 바이오 연구 패러다임은 인공지능 기술과 융합해 반복적 실험과 관찰 중심의 연구에서 데이터 기반의 예측과 추론으로 변화할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부(장관 유상임)와 한국생명공학연구원(원장 김장성)은 바이오 분야의 미래 비전을 제시할 ‘2025년 10대 바이오 미래유망기술’(바이오 미래유망기술)을 20일 발표했다.

과기정통부와 KRIBB은 3대 게임체인저 기술 중 하나인 첨단바이오 분야 미래유망기술을 2015년부터 발굴해 오고 있다. 국내외 주요 기관에서 과학기술 전 분야를 대상으로 미래유망기술을 발표하는 것과 달리 바이오 특화발굴 프로세스를 구축해 기술을 선정‧발표한다.

바이오 미래유망기술은 앞으로 5~10년 이내에 기술적 또는 산업적 실현이 가능하며, 첨단바이오 분야뿐 아니라 여러 분야에 기술‧산업적 파급효과가 높을 것으로 예상되는 기술이다.

생명현상을 있는 그대로 ‘관찰‧분석(Read)’하는 분야를 넘어 ‘편집‧ 리프로그래밍(Edit)’ 하고, 유용한 기능을 ‘모사‧합성(Write)’하며, 가상 공간에서 생명현상을 ‘예측‧ 시뮬레이션(Imagine)’하는 각각의 분야에서 생성되는 방대한 데이터가 AI 기술을 통해 유기적으로 연결돼 발견과 개발의 주기를 혁신적으로 단축하고 가속화할 전망이다.

인간 면역체 기술과 살아 움직이는 생물학적 로봇은 다양한 분야의 기술 발전에 활용되는 기술적 파급효과가 높을 것으로 전망된다. 다중암 조기진단, 항노화 항체치료제, 바이오 파운데이션 모델은 높은 산업적 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 예상된다. AI가 디자인한 유전자 편집기는 기술적, 산업적 파급력이 모두 높을 것으로 분석됐다.

분야별 대표 선정 기술들을 살펴보면 ‘인간 면역체(Human immunome)’가 생명현상을 ‘관찰/분석(Read)’하는 분야에서 선정됐다. 인간 면역 시스템을 고해상도로 측정하는 기술을 기반으로 글로벌 면역 데이터베이스 생성과 인간 면역체계 AI 모델 구축을 통해 인체 면역력을 강화시킬 것으로 기대된다.

실시간으로 백신 접종자의 면역 데이터를 분석함으로써 병원체에 대한 방어력을 예측할 수 있어 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)과 같이 전 세계적으로 빠르게 전파되는 감염병 예방에 효과적으로 이바지할 것으로 보인다.

2020년 노벨화학상을 수상한 크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집 기술은 유전자치료제, 분자육종, 합성생물학 등 광범위한 파급력을 보여줬다. 이와 관련해 ‘편집/리프로그래밍(Edit)’ 분야에서 ‘AI가 디자인한 유전자 편집기(AI-designed gene editors)’가 선정됐다.

AI 기술 기반으로 고효율성 ‧안전성을 갖춘 유전자 편집기를 설계함으로써 기존 시스템의 한계를 극복하고, 정밀생물학‧의료‧농업‧제조 분야에서의 응용 가능성을 넓힐 것으로 기대된다.

생명체의 특성과 기능을 ‘모사/합성(Write)’하는 분야에서는 ‘살아 움직이는 생물학적 로봇(Motile living biobots)’이 뽑혔다. 바이오 로봇 기술은 다양한 조직의 전구세포를 활용해 스스로 이동함으로써 동맥을 청소하거나 약물을 전달하는 미래 바이오의학 또는 지속 가능한 건설, 우주 탐사 등 조직공학적 응용으로의 확장이 기대되는 기술이다.

글로벌 반도체기업 엔비디아(NVIDIA)에서 올해 초 출시한 바이오네모 (BioNEMO)는 신약개발을 위한 생성형 AI 모델이다. 바이오 파운데이션 모델의 시작을 알리는 의미 있는 서비스로 평가받고 있다.

‘바이오 파운데이션 모델(Bio Foundation Model)’은 단일세포 전사체와 같은 연구 과정에서 생산되는 대규모 바이오 데이터 학습을 통해 ‘새로운 원리를 예측하고 추론‧시뮬레이션(Imagine)’하는 혁신적인 플랫폼으로 주목받고 있다.

황판식 과기정통부 연구개발정책실장은 “바이오 분야 기술이 획기적으로 발전하면서 복잡한 생명현상의 영역이라는 그동안 접근하기 어려웠던 새로운 지식의 대륙에 도달할 수 있는 길이 열렸다”며 “과기정통부는 첨단바이오 기술 육성의 주관 부처로서 신기술‧신산업 개척의 선봉장 역할을 할 유망기술을 지속 발굴하고, 이를 널리 공유해 첨단바이오의 새 지평을 여는 선도자(First-mover)형 R&D 기반 구축을 위해 노력하겠다”고 말했다.