로봇과 AI 기술을 융합한 바이오 첨단기술로서 DNA 조립에서부터 세포 개량까지의 복잡한 과정을 빠른 순환 공정으로 구현하는 기술

느리고 복잡한 생물 실험 과정을 빠르고 정밀한 로봇과 IT 기반 기술로 극복하고, 수집된 빅데이터의 AI 분석을 통해 바이오 제조 공정의 생산효율을 향상

향후 5년 : 인공미생물 기반 소재 생산의 경제성 확보, 석유 화학물질 대체 바이오 에너지(수소, 전기) 생산인공효모 프로젝트 완성(SG2.0) 및 효모 기반 물질 생산 적용합성 인간 유전체 기반(GP-write) cell-line 개발

향후 10년 : 환경오염(플라스틱, 폐기물) 정화에 인공미생물 활용고효율 바이오 연료전지 상용화우주 테라포밍 인공미생물 개발인공 인간유전체 cell-line 활용 치료 상용화

1) 합성생물학 기술 - 표준화된 부품을 이용한 유전자회로를 설계하고 이를 최적화된 인공세포에 도입하여 유용한 기능을 수행하는 생명시스템을 구현하는 기술 2) Part registry 기술 - DNA 부품/회로 정보 관리용 database, DNA 서열을 원하는 조합으로 배치 하거나 유전체 설계용 소프트웨어 등 3) 차세대 시퀀싱기술 기반 게놈/DNA 서열 고속 분석기술 4) 바이오촉매 적응진화 및 초고속 탐색기술 5) DBTL 공정용 자동화 하드웨어 및 소프트웨어 - DNA 서열 조합 등의 실험 자동화를 위한 로봇 및 측정 장비(Liquid handler, Colony picker, GC/LC 등)와 개별 장비들의 프로세스를 연계하는 장비 - SBML, SBOL, SiLA2, ANIML, LIMS, FAIR 등의 표준화 데이터 관리기술이 적용된 바이오파운드리 통합 운영 소프트웨어 6) 빅데이터 처리기술, AI, Cloud - 자동화 수행 과정에서 고속으로 생산되는 데이터를 대용량으로 처리하기 위한 데이터베이스 기술과 빅데이터를 분석하기 위한 AI 모형 및 통합 제어를 위한 Cloud 기술

바이오산업의 오랜 난제가 되어온 불확실성과 낮은 생산성을 극복하고, 효율적 DNA 합성과 바이오제조를 위한 자동화 기술 필요. 자동화시스템, 로봇, AI와 융합 가능한 바이오 기술은 합성생물학의 표준화 기반 부품/회로 설계기술이 유일

바이오파운드리 구축을 통한 바이오제조 기간 단축 - DARPA Living Foundry 10개 복잡물질을 90일 만에 제조(JACS 2018), Amyris사 말라리아 치료제 상업화에 10년 1,500만 달러가 들었으나 바이오파운드리 구축 이후 7년간 15개 물질 상용화 완료. 유럽 Horizon2020 SHIKIFACTORY100 프로젝트 4년 100개 물질 생산 목표 19개 바이오파운드리 기관 연합 글로벌 바이오파운드리 얼라이언스 구축(Nature Comms, 2019) 바이오파운드리 기반 인공 유전체 연구 - 인공 미생물 JCVI-syn3.0(Science 2017), 효모 지놈 합성 SC2.0(Science 2017), 인공 대장균(Nature 2019) 등 미국 중심 기업들의 가치 창출 본격화 - Amyris NASDAQ 15개 물질 상용화, Twist bioscience 2018년 NASDAQ 상장 1년 만에 가치 2배, Ginkgo Bioworks 기업가치 42억 달러 (2019), Zymergen 소프트뱅크 4억 달러 투자(2018년 실리콘벨리 단일규모 최대) 영국 특화된 합성생물학 기반 바이오파운드리 설립 운영 - London DNA foundry (허브, 임페리얼), Edinburgh Genome Foundry (포유류, 에딘버러), SYNBIOCHEM (화합물, 맨체스터) 등 중국 Shenzhen 지역 정부 대규모 투자, 대규모 건물 별도 건설, 2021 prototype, 2022-2023 완공

국내 최초 합성생물학 전문센터 설치(2013), 유전자회로 설계, 지능형 세포대사 제어, 신기능 효소 등 개발(한국생명공학연구원) 시스템생물공학 기반 대사공학, 미생물 이용 가솔린 생산, 초고속 미생물유전체 표현형 분석 등 추진(한국과학기술원) DNA 컴퓨팅, 바이오센서기술 등 개발(포항공과대학교) 바이오벤처를 중심으로 올리고머 DNA 합성 분야 시장의 양적인 성장 지속되나, 기술개발의 수준은 정체

합성생물학은 보편적 플랫폼기술로써 바이오파운드리의 도입을 통한 고속화 대량화는 제약, 화학, 에너지, 농업 등 전 산업에 막대한 파급효과 예상바이오소재 개발기간 5년에서 2.5년으로 50% 이상 단축 가능, 신규 산업용 고성능 세포공장 확보(산업계협업) 시일 단축수입의존 일변도의 석유화학 소재 시장에 대한 대안 마련

지난 100년 간의 화석연료 기반 산업화로 인한 미세먼지, 플라스틱, 온실가스, 유해화학물질 등 글로벌 현안 문제에 대한 친환경적 해결책 제시대규모 고속 탐색 및 AI 기반 학습을 가능하게 함으로써 질병, 바이러스 등 인류 건강 위협 요소에 대한 치료 대안 제시

유전체 합성 또는 바이오 생산 등 바이오파운드리 핵심 컨텐츠에 대한 파이프라인 구축이 우선이며 하드웨어/소프트웨어, 그리고 AI 등 기반 요소기술의 확보 필요첨예한 합성생물학 기술선점 경쟁에서 차별성 및 경쟁력 확보를 위한 자동화·인공지능·빅데이터 기술을 적극 도입 필요 고가의 하드웨어와 고비용 실험 문제를 해결하기 위한 장비 및 소프트웨어 국산화 전략 수립 필요

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