합성생물학에 의해 재설계된 생합성 경로를 미생물에 구현하여 천연물질, 화학합성 대체물질 및 유용 단백질을 생산

자연계에 존재하는 미생물에 비해 목표물질 생산 효율이 높으며, 다수의 대사반응 조합으로 복잡한 물질도 생산할 수 있어 바이오제조 역량 구축에 기여

향후 5년 : 항체 및 백신, 대체 단백질, 수산 사료, 기능성 식품첨가제, 화장품, 염료 등의 제약, 미용, 식품 등의 산업분야 적용

향후 10년 : 치료제, 감미료, 섬유, 바이오 가죽, 바이오 나일론, 바이오 플라스틱 등의 의료, 식품, 화학, 섬유, 바이오 연료 등의 산업 분야 적용

1) 생합성 대사경로 발굴 및 미생물 내 발현 기술 - 타겟 물질의 생합성 대사경로의 예측 및 평가 알고리즘, 실현 가능한 최적 디자인을 위한 컴퓨팅 기술 - 정확성, 간편성, 신속성을 겸비한 대사경로 내 유전자 DNA 조립 기술 - 유전자 편집, 유전자 발현량 조절, 효소 개량, 물질대사 채널링 증대 등을 통해 대사물의 생산성을 높이는 대사경로 최적화 기술 - 바이오 의약품 재조합 단백질의 경우 인체 내에서 효과적이고 안정적인 효능을 위해 숙주세포 내 번역 후 변형 조절기술 2) 바이오파운드리 기반 합성생물학 기술 - 정밀한 바이오 시스템 설계 기술(Design) - 도출된 설계 논리에 따른 최종 바이오 시스템을 구현하기 위한 DNA 합성 및 조립기술(Build) - 바이오 시스템 성능의 평가를 위한 고속대용량 처리 시험기술(Test) - 바이오파운드리 구동하는 자동화 소프트웨어, 바이오데이터 관리 시스템 개발 기술

전세계적으로 유행할 수 있는 감염병, 병원균 및 변종에 대한 진단 및 백신 개발 등의 신속히 대응 가능한 기술이 필요

Northwestern Univ외 연구팀은 폐 이산화탄소를 산업용 화학물질로 재활용하는 Clostridium autoethanogenum를 개발하여, 탄소 네거티브 접근방식을 통한 net-zero 배출경제에 기여할 방법을 제시(Nat. Biotechnol. 2022) 미국 바이오산업 제조혁신 연구소 BioMADE는 바이오산업 가속화를 위한 글루카산, 아크릴산, 석신산 등의 지속적이고 친환경적인 바이오 산업 제조 관련 16개 프로젝트를 수행 중 MIT 연구팀은 합성생물학적 접근 방식으로 Lactococcus lactis에 β-락탐(항생제 분해효소)를 생산하도록 하여 항생제 처리 시 동시 투여함으로써 장내 미생물의 다양성을 유지하는 방법을 제시(Nat. Biomedical Eng. 2022) 일리노이대 연구팀은 광합성 시아노박테리아와 신진 효모 사이의 유전적으로 다루기 쉬운 인공 광합성 내부 공생 플랫폼을 설계 조작하여 세포 소기관 진화와 관련된 진화 연구와 합성생물 응용분야에 사용될 것으로 기대(Nat. commun. 2022)

포항공대 정규열 교수 연구팀과 스페인 농업유전체학연구소의 공동연구로 대장균에서 인공효소를 생성하는 기술을 개발하여 제철소 부생가스로 바이오 플라스틱 소재(이타콘산) 대량 생산에 성공(Nat. commun. 2022) KAIST 이상엽 교수 연구팀은 미생물에서 화학물질을 생산하는 바이오 화학반응을 총망라한 웹 기반의 합성 지도를 완성하여 다양한 화학물질 생산으로 이어지는 생물학, 화학적 반응의 네트워크 분석 가능(Trends Biotechnol. 2023) 한국화학연구원 이주영 박사 외 연구팀은 미생물 세포로 고부가가치 의약품 소재의 고효율 생산에서부터 소재 맞춤형 저장까지 올인원 공정이 가능한 비스포크 인공세포 지질 방울 소기관 개발(Nat. Commun. 2022) KAIST 조병관 교수 외 국제 공동연구팀은 미생물 대사과정을 수도꼭지처럼 자유자재로 조절하는 차세대 대사 조절 밸브를 개발하여 기존에 알려지지 않았던 전사 종결 부위 특성 규명과 동시에, 고부가가치 바이오화합물 생산에 기여할 것으로 기대(Nucleic Acids Res. 2022)

혁신적인 제품과 새로운 공정을 개발하여 다양한 산업분야에 적용하므로 고속화·대량화·저비용화의 바이오경제 시대 실현원자재 가격, 환율, 국제적 정세 변화 등 글로벌 공급망의 위협에서 자유로운 바이오산업 공급망 및 새로운 시장 창출

기존 석유 기반의 원료에서 탈피하여 바이오 화학제품, 바이오연료 등을 생산하는 저탄소 환경 친화적인 공정 프로세스를 창출하여 깨끗하고 안전하며 지속 가능한 미래 구현에 기여

실험단계에서 유망한 기술의 낮은 산업 도입률을 극복하고 도입 시기를 단축하기 위하여 연구팀과 기업의 비즈니스 협력 포트폴리오 필요 합성생물학 기술에 대한 미래의 긍정적 사회적 수용 유도를 위한 정책 제도 마련

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