[헬스코리아뉴스 / 박원진] 미생물 발효 기반의 바이오산업이 차대세대 먹거리로 주목받고 있다. 31일 한국바이오협회가 발간한 ‘미생물 기반 바이오 제조 산업 동향’에 따르면 세계 미생물 발효 기술 시장은 2021년 기준 약 21억 5180만 달러(한화 약 3조 674억 원) 수준에서 매년 5.8%씩 성장, 오는 2028년 약 30억 1790만 달러(한화 약 4조 3020억 원)에 이를 것으로 예상된다.

미생물 발효기술은 저렴한 비용, 높은 특이성, 반응의 단순성 및 다양한 응용분야에서의 사용으로 수십년 동안 많은 산업분야에서 매우 선호되는 생물학적 공정이었다. 현대 산업은 바이오 연료, 바이오의약품, 바이오시밀러 등 바이오기술 분야의 광범위한 제품을 생산하기 위해 응용을 확대함으로써 발효기술의 기본원리를 유전공학의 발전으로 보완했다.

제품에 대한 수요는 해마다 증가, 향후 시장 전망을 밝게 한다. 주요 생명공학·화학 관련 기업들이 미생물 발효시장 선점에 공을 들이는 것도 이 때문이다. 

# 제노마티카

미국의 생명공학기업 제노마티카(Genomatica, Geno)는 전통적인 석유기반 공정과 경쟁할 수 있는 새로운 고생산 바이오 및 바이오공정을 설계, 생성, 최적화하기 위한 바이오기술 플랫폼을 구축했다. 플랫폼의 주요 특징은 보다 많은 정보를 얻고 빠른 의사결정을 가능하게 하는 시스템 생물학 접근 방식으로 전반적인 효율성과 DBTL(Design, Build, Test, Learn) 사이클의 속도를 향상시킬 수 있다.

설립 당시 비즈니스 모델은 균주 설계를 위한 컴퓨터 플랫폼을 제공하는 것이었으나 서비스 제공에 의존하는 모델의 문제에 직면한 후 바이오제조 자체개발을 일찍 시작했다. 플라스틱, 탄성 섬유 및 폴리우레탄 제조에 사용되는 1,4-부탄디올의 효율적인 생산을 위해 대장균(E.coli:Escherichia coli) 조작을 통해 이탈리아 화학기업 노바몬트(Novamont)와 협력, 연간 3만 톤의 공장을 설립했다.

제노는 최근 발표된 바이든 정부의 바이오제조 행정명령에 대해 열렬한 지지를 표하면서 400만 리터 이상의 용량과 연간 10만 톤의 식물성 제품 생산을 목표로 계속해서 제조 영향력을 높이는데 집중하고 있다.

#아미리스

2003년 설립된 미국의 합성생물학기업 아미리스(Amyris)는 항말라리아제인 아르테미신산을 생산하는 효모의 상업적 생산을 가능하게 할 수 있는 생산공정을 개발했다. 이 기술은 비영리 조건으로 사노피(Sanofi)에 라이선스 되었으며 이후 말라리아 치료를 위해 수백만 회 분량을 생산했다.

합성생물학의 선두자로인 아미리스는 이 프로 젝트에서 재정적으로 이익을 얻진 못했지만 아르테미신산이 속하는 천연그룹인 세스퀴테르 펜을 효율적으로 생산할 수 있는 효모균주를 개발할 수 있었다. 추가적인 엔지니어링을 통해 바이오디젤로 사용될 수 있는 파르네센 생산이 가능했고 상대적으로 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 능력 덕분에 화장품에 사용되는 성분인 스쿠알렌으로 전환할 수 있었다.

현재 아미리스는 2만 개 이상의 제품으로 공식화되고 3억 명 이상의 소비자가 사용하는 13가지 지속가능한 성분을 성공적으로 상용화했다. 또 자동화 플랫폼을 개발하여 외부고객에도 제공하고 있다. 이 회사는 올해 4월 브라질 Barra Bonita에 새로운 발효 공장의 시운전을 시작했다. 이곳은 5개의 발효 ‘미니 팩토리’로 구성되어 있다.

#노보자임스

덴마크의 세계적 산업효소 제조회사 노보자임스(Novozymes)은 효소 기술을 통한 생물제어 부문 진출의 일환으로 전 세계 재배자를 위한 생물학적 효소 기반 작물 보호 솔루션을 연구, 공동 개발 및 상용화하기 위해 선도적인 글로벌 농업 과학 기업인 FMC와 전략적 협력을 발표했다.

효소 생물 제어 기술은 잠재적으로 독립형 제품을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 농민을 위한 종합적인 통합 해충 관리 솔루션을 제공하는 데 중요한 역할을 할 것으로 보고 있다.

#자이머젠

미국 생명공학회사인 자이머젠(Zymergen)은 전자, 농업, 제약 등과 같은 광범위한 산업 분야에서 다양한 분자를 유용하게 만들기 위해 미생물을 프로그래밍하고 있다. 2020년 미국의 엔이볼브(enEvolv)를 인수하여 미생물 스크리닝 및 엔지니어링 기능을 통해 수억 개의 세포를 분류할 수 있고 바이오제조 분야의 R&D 속도를 높일 수 있는 통합 플랫폼을 구축했다. 최근 자이머젠은 징코바이오웍스와 회사 경영권을 3억 달러(약 3900억원)에 매각하는 주식매매계약을 체결하기고 했다.

오늘날 바이오제조는 미생물을 활용하여 바이오 연료, 생분해성 플라스틱, 비 동물성 육류 단백질 및 항생제를 포함하여 농업, 재료, 에너지, 식품 및 제약산업에서 사용하기 위한 상업적으로 중요한 생체분자를 생산한다. 시스템 생물학 및 오믹스 기술의 발전으로 세포과정에 대한 전체적인 이해는 미생물 기반의 제조시스템을 한층 발전시켰고 우위를 제공하고 있다.

합성생물학이 국경을 초월하여 글로벌 솔루션을 제공할 수 있는 방법론으로 확장되고 있는 가운데, 미생물 기반 바이오제조는 급성장하는 분야의 현재 상황을 보여주며 역동적인 플랫폼 역할을 수행하고 있다.

무엇보다 대사공학과 합성생물학의 발전은 새로운 세포공장 개발과 관련된 소요시간과 비용을 크게 줄였다. 이는 다양한 화학물질 생산을 위해 미생물 발효를 사용하는 바이오기술 스타트업의 붐을 가져왔다. 아래는 최근 설립된 미생물 발효 기업들이다. 

한국바이오협회 바이오경제연구센터 박봉현 책임연구원은은 “이미 메가트렌드인 자동화, IT/DT, 인공지능, 빅데이터와 같은 기술과의 접목 및 진화가 가속화되면서 바이오파운드리 형태의 성장동력과 생태계가 형성되고 있다”며 “이 분야에서의 경쟁력 확보는 기존 영역 뿐만 아니라, ESG 영역에서도 차세대 플랫폼으로 작동할 것”이라고 전망했다.

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