현대의 과학기술은 지속적인 발전을 통해 근본적인 생명의 영역에 다가서고 있는 가운데, 합성생물학의 수준은 세균의 유전자를 합성 DNA로 교체하는 단계를 시작으로 현재는 세포막과 핵이 있는 진핵세포를 만들어내기에 이르면서 4차 산업혁명 시대를 맞이하여 핵심적인 분야로 떠오르고 있다.

인공세포에 대한 연구는 20여년 전 벤터 연구소에서 시작되어 처음에는 세포막 구조를 모방하는 수준이었지만, 이후 유전자 하나를 제거하거나 종 사이에서 유전자를 이동시키는 기본적인 유전공학을 기반으로 인공 DNA에 대한 연구로 이어져 유전자를 분석하는 방법을 통해 유전체를 편집하고 고유한 DNA를 만들 수 있는 수준으로까지 발전하고 있음

지구상에 존재하는 생명체는 박테리아에서 식물과 동물, 인간에 이르기까지 모두 DNA를 유전코드로 가지고 있으며, 인체 DNA는 지구상의 모든 생물을 구성하는 DNA와 같은 상황에서 이러한 기술발전은 가장 기초적인 박테리아부터 가장 복잡한 인간까지 지구상의 모든 생명체를 움직이는 기본 코드를 장악하는 매우 중요한 사건으로 이를 기반으로 한 새로운 DNA 합성 및 조립 기술은 매우 큰 DNA 분자의 일상적인 맞춤화를 가능하게 하고 있음

합성생물학 기술은 새로운 생물학적 시스템을 만들기 위해 기존 생물학적 시스템을 분석, 재설계하는 기술로 향후에는 인공세포가 유용물질 생산이나 전달은 물론 생물진화와 외계 생명체를 연구하는 실험 도구도 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

또한 합성생물학으로 유전자 기술을 활용한 신약 개발이 가능해지고, 생명공학 분야의 발전으로 이어질 것이라는 예측이 나오고 있는 가운데, 사이버네틱스와 바이오로보틱스, 합성생물학과 복제 기술이 결합되어 재생산이 가능한 생명체 제조의 기초를 이해할 수 있게 되었음

이처럼 벤터 연구소에서 시작된 합성생물학에 대한 연구는 인공 DNA를 가진 세균을 만들어 계속 업그레이드하고 있는 가운데, 최근에는 미국 UC샌디에이고 연구진이 플라스틱 껍질 속에 DNA를 갖춘 인공세포를 만드는데 성공한 것으로 알려지고 있음

지난 2000년 유전자 염기서열(Genome) 해독을 주도했던 크레이그 벤터 박사는 미코플라스마(Mycoplasma mycoides)라는 동물의 장속에 기생하는 아주 단순한 세균의 유전체를 모두 인공적으로 합성한 후 다른 종의 세균에 이식시키고, 이식된 세균이 원래 가지고 있던 유전체는 제거하여 실험실에서 합성된 유전체 정보만으로 유지되는 새로운 생명체(Syn 1.0)를 만들었음

다시 말해, 유전체 데이터를 기반으로 생명 대사작용이 이루어지는 작동원리와 세포 주기에 대한 조절 원리를 파악하고, 그 원리를 바탕으로 서로 다른 박테리아의 염기를 이식시켜 지금까지 존재하지 않는 전혀 다른 성격을 가진 박테리아를 인위적으로 만들었음

이는 새로운 유전체를 합성하고 조립해 합성유전체로만 제어되는 새로운 세포로 식량증식을 위해 같은 종(種)의 유전자를 조작하거나 동물의 줄기세포를 이용해 복제하는 수준에서 벗어나 전혀 다른 종의 유전자를 인위적으로 조작한 것을 의미함

이로 인해 인류는 생명에 관해 배울 수 있는 전례 없는 기회를 얻게 되었으며, 이 새로운 생명체가 생명의 가장 큰 특징인 자기 복제에 의한 재생산과 대사 등 정상적인 생명체의 기능을 수행한다는 것이 확인됨으로써 유전 정보를 설계, 합성하며 생명체를 만들어내는 새로운 시대의 계기를 마련함

예를 들어 합성생물학을 암치료법에 이용할 경우 암세포를 식별할 수 있는 정보가 기록된 염기를 찾아 인체내에 공생하고 있는 박테리아 DNA에 이식시켜 복용하면 박테리아가 암세포를 찾아 공격한다는 이론으로 합성생물학은 궁극적으로 생명체 대한 완벽한 근본 지식을 얻음으로써 인간 한계를 극복하고 영역을 확장한다는 목표 아래 진행되고 있음

이처럼 인공생명에 관한 연구의 발전으로 새로운 생명체를 만드는데 한걸음 더 가까워지고 있는 가운데, 합성생물학은 화학물질에서 시작해 생명체의 구성 요소를 만들고, 더 나아가 궁극적으로 생명체까지 만들어가는 과정을 통해 생명의 작동 원리를 밝히기 위한 다양한 연구가 전세계적으로 진행되고 있음

이러한 과정은 백신과 같은 의약품, 그리고 대체에너지와 같은 새로운 에너지 개발로 이어지고 있으며, 또 향후에는 생명의 본질을 밝혀내는 본질적인 질문에 대한 해답을 도출하는 일도 가능할 것으로 전망하고 있음  

현재 합성생물학의 기술 수준은 인공 미생물이나 박테리아를 만드는 단계뿐만 아니라 인공적인 바이러스도 손쉽게 만들어낼 수 있으며, 최근에는 수천만 바이트 크기인 효모에서도 유전체 합성 연구가 성공적으로 진행되고 있다.

2000년대 초 소아마비 바이러스를 합성했다는 발표 후, 최근에는 백신 목적으로 재설계한 사스 바이러스까지 합성해내는 등 현재의 기술로 어렵지 않게 인공적인 바이러스를 만들어낼 수 있는 인공생명체의 시대로 접어들고 있음

하지만, 합성생물학의 핵심기술은 시스템 생물학, 유전자 분석ㆍ합성ㆍ편집 기술로 인공생명체를 만들기 위해서는 생물학 시스템을 컴퓨터를 통해서 모델링하고, 이를 구현하기 위한 DNA 염기서열 분석과 유전자 합성 기술이 필수적임

이러한 합성생물학은 여러 유전자와 경로의 통합을 가능하게 함으로써 완전히 새로운 생물학적 제품을 만드는 도구를 얻게 될 것이며, 합성생물학이 연구하고 있는 맞춤형 미생물은 스스로 복제하기 때문에 염기정보를 찾아 맞춤형 박테리아만 만들면 증식을 통해 대량생산이 가능하기 때문에 실용 가능성이 매우 큼

[2023년 합성생물학기술과 글로벌 제약·바이오의약 시장 전망과 기술개발 전략] 보고서 상세보기

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[바이오 안보로 주목받는, 합성생물학(Synthetic Biology) 혁신 기술 트렌드 및 시장ㆍ사업화 전망] 보고서 상세보기

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