코로나 팬데믹이 발생한지 2년여만에 세계 인류는 5백만명 이상이 이로 인하여 사망하였다.

그렇지만 코로나 팬데믹과의 전쟁에서 세계 인류가 만들어낸 생명공학의 쾌거는 인간의 생명을 연장시킬 수 있는 기반을 마련했다고 할 수 있다.

지난해 12월 23일, 한국생명공학연구원은 ‘2021년 바이오 미래유망기술’을 발표했다. 여기에서 “기초 및 생명과학분야 ‘플랫폼 바이오’ 기술, 보건의료 분야 ‘레드 바이오’ 기술, 농림수축산 및 식품 분야 ‘그린 바이오’ 기술, 산업공정과 환경 및 해양 분야 ‘화이트 바이오’ 기술 등 4개 분야 10대 바이오기술을 선정했다.

이중에 코로나19 이후 새로운 감염병 유행을 뜻하는 ‘포스트 팬데믹’ 대응기술이 5건 선정돼 코로나19 영향력이 크게 반영됐다고 밝히고 있다.

우선 코로나 백신개발에 핵심기술이었던 AI(인공지능) 기반 단백질 모델링 기술은 10대 기술 중 가장 파급효과가 클 것으로 예측되는 기술로 꼽히고 있다.

그 다음에는 플랫폼 바이오분야로 분자물리학 접근과 AI를 활용해 단백질 구조를 계산하고 여기서 세포 속 단백질 작용까지 예측하는 기술이다. 지난해 구글의 AI 프로그램 ‘알파폴드’가 코로나19 바이러스 단백질 구조 예측을 통해 백신과 치료제 개발에 도움을 주는 등 감염병 대응에도 이용될 수 있게 되었다. 단백질 구조 예측을 넘어 단백질의 생체 내 작용 원리 등을 밝혀 신약개발 시간과 비용을 줄일 수 있게 되었다.

한편 심해 등 극한 환경에서 살아가는 생물 속 미생물(마이크로바이옴)이 생산하는 물질을 확보하는 ‘생물 유래 화학다양성 확보 기술’은 플랫폼 바이오 유망기술로 선정됐다. 그리고 개인에게 맞춘 오가노이드를 체외에서 길러 개인 맞춤형 치료제 개발 등에 활용하는 ‘개인 맞춤형 체외 면역시스템’ 기술도 포스트 팬데믹 관련기술로 선정됐다.

이밖에 레드 바이오에는 면역회로를 유전적으로 합성해 면역세포 활성을 높이거나 면역물질 생성을 조절해 면역세포 치료 효과를 높이는 ‘합성 면역’ 기술과 세포 수준에서 유전자 교정기술 등을 활용해 질병을 치료하는 ‘단일세포 교정기술’, 나노구조체 표면에 항원을 심어 기존 항체보다 작고 효과적인 치료제를 만드는 ‘나노백신 및 나노항체’가 포함됐다.

그린 바이오에는 대유행으로 공급문제가 발생할 수 있는 축산업 대체를 위해 세포배양으로 육류나 우유를 제조하는 ‘세포배양 축산 기술’이 꼽혔다. 식물에 사는 미생물체를 분석해 작물 성장을 돕거나 멸종위기종을 보전하는 기술인 ‘식물 마이크로바이옴 엔지니어링’도 선정됐다.

화이트 바이오에는 최근 코로나19로 사용량이 급격히 늘어난 일회용품 및 미세플라스틱 문제 해결을 위해 미생물에서 친환경 고분자재료를 생산하는 ‘친환경 고분자 생산 미생물’ 기술이 선정됐다. 미생물 군집구조와 같은 바이오 빅데이터를 활용해 생태계 건강성을 평가하는 ‘빅데이터 기반 생태건강성 평가 기술’도 유망 기술로 꼽혔다.

김흥열 생명연구원 국가생명공학정책연구센터장은 “전 세계를 혼란 속으로 몰아넣은 코로나19는 아직도 현재 진행형이지만 코로나를 넘어 미래 대유행을 대비할 수 있는 혁신기술은 바이오 미래유망기술의 집합체가 될 것으로 예상한다”고 말했다.

2000여년전 진시황제는 불로초를 구하지 못했지만 생명공학은 이런 불로장생(不老長生)이라는 인간의 욕망을 실현시켜 나가는 기술이 지속적으로 축적되고 있어 기대를 걸 수 있게 되었다.

생명공학이란 의학, 생물학, 생화학, 유전학, 분자생물학, 생명공학 등 생명과 관련된 모든 학문을 말하며, 이미 학문간 그 경계가 무너졌다.

질병의 원인을 파악하는 일부터 약을 개발하고 치료하거나 예방하는 것도 포함돼 최근에는 줄기세포의 개념으로 “재생의학”이 탄생하는 계기가 되어 이런 꿈의 실현을 눈부시게 발전하고 있다고 할 수 있다.

미래 의학은 치료도 다 똑같이 하는 게 아니라 개인의 특성을 고려한 맞춤 의학으로 해야 한다는 것이다. 즉 사람마다 유전자의 차이가 있다는 생화학적 발견에 기반을 두고 있다. 이는 인간 게놈에 있는 약 30억개 뉴클레오티드 염기쌍의 서열을 밝혀낸 인간 게놈 프로젝트에 기반을 두고 있다.

현재 인터넷으로 누구나 접속해서 인간 게놈을 들여다 볼 수 있다. 물론 그 서열은 암호와 같아서 일반인들은 물론 과학자들도 해석하기 어렵지만 이를 토대로 너의 유전자와 나의 유전자를 비교하는 것은 비교적 수월해져 여기에 기반을 둔 맞춤형 의료서비스가 멀지 않아 현실화 될 것이라고 여겨진다.

사람마다 유전자가 다른 부분을 ‘단염기다양성”(SNP)’이라고 하는데, 인간 유전체에 약 1,000만 개 정도가 존재한다. 다른 유전자가 모두 동일하여도 이 차이에 의해 키와 피부색이 달라지게 된다. 그러나 이미 알려진 정보와 분석 만으로 생명과학과 의료산업은 빠르게 융합하고 있다. 차세대 의학에서는 감기 환자가 다 똑 같은 감기 환자가 아니며, 암환자를 모두 똑 같은 약으로 치료하지 않는다.

게놈 프로젝트의 확장으로 개인의 유전적인 특성을 고려한 맞춤형 진단과 맞춤형 치료를 하게 되기 때문이다. 당신의 피 한 방울로 몇 시간이면 당신의 유전자 패턴이 확인된다. 그러면 아무리 좋은 약이라도 A라는 약은 나에게 효험이 없고 대신 B라는 약을 투여해야 된다는 분석이 나온다.

또한 당신은 40세에 간 질환을 앓을 가능성이 높고 50세에는 대장암을 조심해야 하며, 70세에는 치매를 앓을 가능성이 많다는 결과도 볼 수 있다. 여기에 기초하여 예방할 수 있다면 건강하게 평생을 살아갈 수 있게 될 것이다.

현재 생명공학과 의료산업이 가장 큰 비중을 두는 것은 역시 신약의 개발이다. 생명공학과 의학이 대단히 발전한 것 같지만 아직도 암에 걸리면 죽고 당뇨병은 치료가 되고 있지 않다. 세상은 온갖 희귀한 병으로 고통 받는 환자들로 넘쳐난다. 맞춤형 치료건 아니건 아직은 질병 자체의 치료를 위해 최선을 다해야 하고 이를 위해서 개발되어야 할 신약은 무지수로 많다.

그간 백신을 개발하는데 최소 5년에서 10년이라는 기간이 요구되었다.

그렇지만 최근 생명공학에서 이 단백질의 3차원적 구조를 컴퓨터에 넣어 분석하며, 이 단백질에 결합하여 기능을 억제할 수 있는 화합물을 디자인하고, 화학자들이 약물을 생산한다. 생물학자들은 이 약물이 동물에서 질병 치료 효과가 있는지 검증할 수 있어 11개월만에 임상실험을 완료할 수 있게 되었다. 그 만큼 신약개발분야에 성장동력을 발휘할 수 있게 된 것이다.

이와 같이 인간 게놈 프로젝트에 의한 맞춤형 의료뿐만 아니라 생명공학과 의료산업은 여러 가지 분야에서 실생활에 접목될 수 있는 융합기술로 다양한 분야에서 눈부신 활약을 하고 있다,

한편 나노바이오 기술이 접목된 생명공학은 당신의 몸 속을 바늘 하나 찌르지 않고 훤히 볼 수 있게 해 주고 있다. 그리고 고통스럽게 굵은 관을 집어 넣어야 할 수 있는 내시경은 이제 소형 캡슐을 삼키면 원격 조정으로 위장관을 돌아다니며 곳곳을 촬영하게 될 수 있다.

더 나아가서 줄기세포나 인공장기기술이 발전하게 되면 당신의 간이나 심장이 늙었을 때 항상 탱탱한 20세의 장기로 갈아치울 수 있게 될 수도 있다.

이런 기술들은 한 분야의 전문적 지식만 가지고는 개발하기 어렵기 때문에 현재 많은 분야의 융합 연구를 통하여 돌파구를 찾아내고 있는 것이다.

앞으로 의료계는 ‘유비쿼터스 헬스케어(U-Health)’라는 공간적인 개념을 뛰어넘어 개인의 건강을 돌본다는 것으로 IT 기술과 BT 기술의 융합으로 새로운 서비스가 열리게 될 것이다.

아침에 일어나면 스마트폰으로 혈압과 맥박, 심전도 혹은 혈액, 소변까지도 정보를 보내어 앉은 자리에서 건강을 모니터 할 수 있게 될 것이다. 따라서 만성질환을 앓고 있는 많은 환자들도 아침에 신문에서 “오늘의 운세”를 보듯 당신의 몸 상태를 병원과 연결하여 모니터할 수 있게 되는 세상이 열리게 될 것이다.