제603회 21세기 장성 아카데미(2009. 1. 22)

생명공학기술의 이용과 미래발전 전망

강사 사진

박 영 훈 원장

- 한국생명공학연구원 -

주요 학력 및 경력

․ 1951년  生

․ 1974년  서울대학교 화학공학과 졸

․ 1976년  KAIST 생물공학 석사

․ 1983년  美버지니아 폴리테크닉 주립대 화학공학 박사

․ 1980년  美버지니아 폴리테크닉 주립대학 강사

․ 1983년  KAIST 유전공학연구소 응용생물공정연구부장

․ 1994년  생명공학연구소 선임연구부장

․ 1997년  한국생명공학연구원 실용화연구사업단장, 책임연구원

․ 2001년  CJ(주) BIO BU 바이오연구소장

․ 2006년  CJ(주) BIO BU 부사장/바이오 고문

․ 2008년  (사)한국공학교육인증원 행정부원장

․ 2008년  한국생명공학연구원 원장(現)

<賞> 「대한민국 국민훈장 석류장」,

「대한민국 과학기술훈장 웅비장」 外

생명공학기술의 이용과 미래발전 전망

이렇게 귀한 장성아카데미에서 생명공학에 대한 소개의 말씀을 드리게 된 것을 감사하게 생각한다. 오늘 생명공학의 개요와 응용사례들을 먼저 말씀드리고, 그 다음 세계적인 발전 추세를 총괄적으로 이야기 한 후, 앞으로는 어떤 모습으로 발전될 것 같다는 전망을 같이 해드리고자 한다.

1. 생명공학의 개요와 응용

가. 생명공학의 개요

사람이 모두 다르게 생긴 이유가 어디에 있다고 생각하나? 하승진 선수는 우리나라에서 키가 제일 큰 사람으로 2m 20cm다. 반면 김미현 선수는 154cm다. 키가 큰 사람과 작은 사람, 뚱뚱한 사람이 있는가 하면 날씬한 사람도 있다. 이러한 차이가 왜 생길까? 선천적인 요인으로서 유전자에 의해 이러한 것들이 결정된다. 그러나 모두 유전자에 의한 것은 아니다. 그 사람이 성장한 환경에 의해서도 이런 것들이 조절되는데 이것을 우리는 유전자가 발현되어서 표현되는 형태가 환경에 따라 달라진다고 이야기 한다.

유전자란 무엇일까? DNA라고도 하는데 사람의 몸은 약 60조～100조개의 세포로 이루어졌다. 그런데 그 세포들은 각각 23쌍의 염색체, 즉 46개의 염색체로 되어 있으며, 거기에 모든 생명의 정보가 들어있다. A라는 사람과 B라는 사람이 다른 이유는 그 DNA의 구조가 다르기 때문이다. 그리고 이러한 DNA는 용수철처럼 압축되어 있는데 인체에 있는 DNA를 전부 모아서 뽑으면 2m 정도 된다고 한다. DNA의 구조는 네 가지 염기, 즉 A(Adenine), C(Cytosine), G(Guanine),T(Thymine)의 수소결합으로 이루어져 있으며, 이것을 유전자의 쌍이라고 하는데 약 31억 2천만 개의 이러한 쌍이 사람 몸에 있는 것이다. 그 안에 어떤 특별한 기능을 가진 약 8만개 정도의 유전자는 서로 다른 단백질을 만들어 낸다. 그런데 실제로 그 중에서 기능하지 않는 유전자도 있고 해서 사람의 유전자는 약 25,000～30,000개 정도가 되고, 이에 비해 옥수수의 유전자는 약 40,000만개 정도가 된다. 또 요즘 지놈(Genome)이라는 말을 많이 듣는데 이 단어는 유전자(gene)와 염색체(Chromosome)의 합성어로서 유전체라고 번역한다. 앞서 말씀드린 것처럼 인간은 31억 2천만 쌍의 염기서열로 되어 있고 유전자는 25,000～30,000개 정도라는 것을 기본상식으로 알면 되겠다.

생명공학의 발전과정을 한 번 보겠다. 1953년 프랜시스 크릭(Francis Harry Compton Crick)과 제임스 왓슨(James Dewey Watson)은 유전자의 구조가 더블 핼릭스(Double Helix), 즉 이중 나선구조의 모양으로 되어 있다는 것을 발견했고 1962년에 노벨상을 받았다. 이때부터 유전자 생명공학의 기술들이 하나하나 발전되어서 현재에 이르고 있다. 1976년에는 제넨텍(Genentech)이라는 최초의 생명공학 기업이 미국에서 만들어졌고, 대장균이 만들어내는 인슐린이나 인간성장 호르몬, 그리고 항체, 무르지 않는 토마토 등을 생산하는 여러 가지 성과들이 있어왔다. 1997년에는 복제양 돌리가 태어났고 장기이식용 돼지의 복제와 항혈전 생산 염소가 만들어졌는데, DNA의 이중나선구조가 1953년에 발견된 이후 정확하게 50년이 지난 2003년에 ‘휴먼지놈프로젝트’가 완성되었다. 다시 말하면 약 31억 쌍의 인간 DNA 염기서열이 어떻게 되어있다는 지도가 완전히 만들어진 것이다. 31억 개라고 하는 것은 어마어마한 양이다. 아마 전화번호부책을 여기서부터 천정까지 쌓아도 그 정보를 담지 못할 정도의 양인데 그것을 해냈다는 것이고 이러한 성과는 1969년 인간의 달 착륙과 버금가는 위대한 성과라는 평가를 받고 있다.

이러한 생명공학기술의 발전에 힘입어 최근 미국의 크레이그 벤터(John Craig Venter)라는 사람은 인공생명을 만들겠다는 야심 찬 이야기를 하고 있다. 그래서 생명체 유전자들의 기능을 알아낸다면 이들 유전자를 부품으로 삼아 우리가 원하는 기능을 가진 생명체를 설계할 수도 있을 것이라는 것이 이 사람의 생각이다. 물론 여기에는 여러 가지 논의가 있을 수 있다. 말이 되는 이야기냐? 도대체 그렇게 이상한 생명을 만들어서 인간에게 해를 끼치면 어떻게 할 것이냐? 이런 많은 이야기가 나올 수 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 생명을 창조할 수 있다는 것, 감히 도전할 수 있다는 생각을 할 수 있게 만든 것이 생명공학의 발전이다. 현재 이 사람은 ‘신세틱 지노믹스(Synthetic Genomics)’라는 회사를 만들어서 생명을 합성하겠다는 이야기를 하는데 그 첫 번째 도전이 바이오 에너지를 만드는 것이다. 즉, 바이오 에너지를 아주 고효율로 생산하는 미생물을 만들고, 이를 에너지를 만드는데 쓴다면 인류의 복지에 기여할 수 있다는 생각으로 도전하고 있다.

바이오테크놀로지의 응용 범위는 매우 넓다. 농․식품분야에 응용하여 고기능 작물이나 기능성 식품을 생산하는 것은 물론이고 의료, 정보, 화학과 효소, 전자, 기계, 환경 등 거의 닿지 않는 분야가 없다. 따라서 생명공학산업의 육성은 일개 산업분야의 발전을 넘어 국가 전체의 경제기반을 확충하는 의미가 있다. 다시 말하지만 생명공학은 전통산업에서부터 첨단 산업기술, 그리고 윤리와 가치관에 이르기까지 넓고도 근본적인 영향을 미친다. 특히 인류가 직면하고 있는 네 가지 난제가 있다. 보건의료, 식량, 환경, 그리고 에너지 문제인데 이러한 네 가지 문제를 해결할 수 있는 것이 바로 생명공학이라고 세계 석학들이 공통된 견해를 갖고 있다.

우리나라가 지금 매우 어려운 경제위기에 몰려있는 것이 사실이다. 금년 상반기가 매우 어려울 것이고 하반기에 조금 풀릴 것이라는 기대를 하고 있는데 한 조사기관의 조사결과에 의하면 2020년에 우리의 모습은 이렇다. 2007년 대비 인당 GNP는 2만 달러에서 4만 5천 달러, GDP는 12위에서 8～10위, 연간 노동시간은 2,200시간에서 1,950시간으로 줄고, 신재생에너지 비율은 2.4%에서 약 5.4%로 두 배 이상 높아질 것으로 예상을 하고 있다. 그리고 65세 이상 고령비율이 9.9%에서 12.6%로 증가하여 고령사회가 될 것이며, 인구는 2018년을 정점으로 감소할 것이라는 전망들이 나오고 있다. 그런데 이러한 전망들이 과연 맞을지는 의문이다. 왜냐하면 우리가 2009～2010년에 경제성장 잠재율을 약 4%로 예상했었다. 그런데 지금 마이너스 성장률까지 나오고 있기 때문에 앞서 말한 전망이 현실화되기 위해서는 가만히 있어서는 안 된다. 정말 특단의 노력이 필요하지 않겠는가 하는 생각을 한다.

나. 생명공학 응용사례 및 전망

생명공학의 응용사례와 전망은 크게 보건/의료 분야, 농/식품 분야, 환경에너지 분야, 그리고 융합기술 분야 네 가지로 나누어 볼 수 있다. 특히 융합기술 분야는 생명공학과 IT, 그리고 NT가 융합되어 정말 새로운 제품과 기술이 만들어지는 분야다. 이 네 가지의 분야에 대해 말씀드리겠다.

(1) 보건/의료분야

인류 역사에는 지금까지 세 번의 의료혁명이 있었다고 한다. 첫째는 전염병의 극복이다. 사실 전염병 극복에 가장 큰 기여를 한 부분은 물이다. 수 처리를 위한 상수도가 보급됨으로써 전염병의 90% 이상을 퇴치할 수 있었다. 두 번째는 마취제의 사용이다. 마취가 없을 때는 그냥 째고 수술을 했기 때문에 성공률이 낮았다. 그러나 마취제의 개발로 수술성공률이 엄청나게 올라갔다. 세 번째는 페니실린과 같은 항생제의 발견과 사용, 그리고 거기에 버금가는 것이 백신을 사용해서 예방할 수 있었다는 것이다. 그런데 21세기에 들어서 네 번째 의료혁명이 기대되고 있다. 그것이 바로 유전자 치료일 것이다. 유전자 치료기술은 일부 실험단계로 개발되어 있는데 곧 실용화가 될 것으로 예상된다.

우선 생명공학이 보건/의료분야에 적용될 수 있는 가장 큰 분야는 신약개발이다. 지금 인류가 정복해야 할 질병이 있다면 암, 에이즈, 치매, 그리고 당뇨병이나 고혈압과 같은 만성질환, 여기에 다운증후군과 같은 유전자 질환이다. 그런데 이러한 질병들이 DNA를 이용한 신약으로 고칠 수 있다는 희망을 갖게 하고 있다. 지금 세계 의약산업의 화두는 신약을 개발하기 위해서 많은 투자를 하고 있음에도 불구하고 개발 성공률은 점점 감소하고 있다는 것이다. 그만큼 약을 개발하는 것이 어려워지고 있다. 그러나 지금까지는 화학적 합성에 의해서 약을 만들어왔지만 앞으로는 바이오 신약이 화학신약에 대한 대안으로 떠오르고 있다. 특히 유전체가 바이오신약을 설계하는 가장 기본적인 바탕을 이루고 있다. 그래서 기존의 약이 공격하는 부분과는 달리 세포치료나 줄기세포치료의 경우는 세포와 장기를 모두 공격하는 그러한 신약이 될 것이다. 또한 기존 신약개발프로세스의 경우 약 하나를 개발하는데 11년, 그리고 평균 2억 4천만 달러의 비용이 들었지만 생명공학 기반의 신약개발 프로세스는 약 8.5년에 비용도 1억 8천만 달러 정도로 줄어든다고 한다. 다시 말해서 전체적으로 봤을 때 신약개발 효율이 3～5배 올라가고 개발기간도 2～3년 단축된다는 것을 알 수 있다. 그 결과 2003년도를 기준으로 바이오기업과 제약기업의 신약 승인 건수가 역전되어서 지금은 생명공학에 의한 신약이 훨씬 더 많이 나오고 있다.

이와 아울러서 지금 우리는 허준 선생의 동의보감을 현대적으로 해석한 ‘21세기 유전자 동의보감 프로젝트’를 구상중이다. 허준 선생의 기본정신이 약식동원, 즉 먹는 것과 약을 쓰는 것이 같은 것이라면 잘 먹고 잘 골라먹음으로써 병을 예방할 수 있다는 것인데, 지금 이 사업을 금년부터 기획해서 정부를 설득하고 사업화를 추진할 예정이다. 그래서 식품섭취의 현실과 니즈의 분석, 한국인 유전자형에 따른 체질 분류, 식품이나 천연물의 기능성 증진 기술을 개발해서 약식동원의 과학적 근거를 만들고 이를 통해 기능성 식품산업, 식문화 관광산업, U-Health산업, Total 영양관리 산업과 같은 글로벌 영양 산업을 펼치겠다는 것이 유전자 동의보감 사업의 기본 골격이다. 특히 유전자 동의보감 산업을 통해 우리나라에서 나오는 각종 약용식물이나 자생식물을 이용해서 우리 몸에 맞는 약을 개발할 수 있다는 것인데 이와 같은 노력들을 수년 전부터 해오고 있다. 예를 들면 봉독 추출물로 아피톡신주, 후박 추출물로 복합인사돌정과 같은 신약물질을 개발했다. 천연물 의약품을 보면 동아제약에서 아토피피부염에 좋은 다래추출물로 임상실험이 진행 중이고, 동아약품에서는 신장염 예방을 위해서 갈근, 상백피 등으로 임상실험이 진행 중에 있다.

앞서 말씀드린 유전체를 우리가 분석하면 개인별 맞춤 의료를 설계할 수 있다. 2003년에는 한 사람의 유전체를 분석하는데 5년 정도의 시간이 걸렸지만 요즘은 일주일 이내에 분석이 가능하다고 한다. 그래서 개인마다 유전체를 분석하면 그 개인이 어떤 유전체를 가지고 있으며, 현재 어떤 병을 가지고 있는지, 그리고 앞으로 어떤 병에 걸릴 가능성이 있는지 알 수 있다는 것이다. 이것을 이용한다면, 예를 들어 어떤 사람에게서 세포를 뽑아내서 유전자를 전환시키고 이를 다시 집어넣는 과정을 통해 유전자치료가 가능해지는데 현재 간암유전자 치료제가 연대와 대웅제약, CJ 등에서 개발되어서 임상실험 중에 있고, 심혈관 치료제도 서울대학과 동아제약, 바이오메드에서 일부가 개발되어 임상실험 중에 있다.

유전자 칩도 벌써 이런 제품이 사람 손에 들어갈 정도의 크기로 나와 있다. 여기에 약 5만개 정도의 유전자 정보가 들어있는데 이런 것을 이용해서 피 한 방울을 떨어뜨리고 그것을 분석함으로써 이 사람이 어떤 병에 걸릴 가능성이 있는지 진단할 수 있는 칩이 나오고 있다. 이것은 ‘셀프 DNA 테스트 킷’이라고 하나에 400달러 정도 되는데 집에서 간단한 테스트를 통해서 약 90개의 유전형질을 미리 예측 가능하게 했다. 그래서 이제까지 상상만 하던 것을 실제 현실로 만든 눈부신 기술력 덕분에 타임지가 작년에 선정한 ‘올해의 발명품’ 영예의 1위를 차지했다.

맞춤의료란 어떤 한 사람의 병력과 같은 데이터와 유전적인 형질, 또는 정상적인 사람과 차이가 나는 부분들을 컴퓨터로 데이터베이스화한다. 그리고 그 중에서 유전적인 것들이 단백질로 어떻게 발현되었는가 하는 것까지 환자 한 사람당 엄청나게 많은 데이터를 만들면 그 사람이 X라는 병의 Y라는 유형에 걸렸는데 아마도 Z라는 약을 쓰면 나을 것 같다는 것을 컴퓨터가 뽑아서 보여준다. 의사는 그 데이터를 바탕으로 처방만 해주면 된다. 이렇게 함으로써 그 환자에게 일어날 수 있는 다른 부작용 등을 극소화시킨 처방을 내릴 수 있다는 것이다. 즉, 한 개인이 가진 특성에 가장 잘 들어맞는 약을 아주 정확한 타이밍에 처방할 수 있게 하는 것이 개인별 맞춤의료고 이러한 시대가 곧 도래 할 것이다. 결과적으로 보건의료서비스도 전부 디지털 화 될 것이다. 그래서 개인의 건강기록과 병력, 그리고 어떤 병에 걸릴 소질이 있는 사람이라는 내용들을 기록하는 칩이 벌써 나오고 있다.

또 하나 소개해 드릴 것이 줄기세포다. 사실 우리가 말씀드리는 여러 가지 난치병을 해결하는 것 가운데 가장 큰 기대를 거는 것이 줄기세포다. 여러분들 황우석 박사 사건으로 배반포나 배아줄기라는 것을 많이 들어봤을 것이다. 배반포에서 내세포 덩어리를 뽑아내어 만들어내는 줄기세포를 배아줄기세포라고 하는데 지금 이것을 가지고 무엇을 하고 있는지 보도된 사례를 보면 신경세포를 대량으로 생산하는 기술을 개발했고, 배아줄기세포로 뇌졸중에 걸린 쥐를 치료했다. 사람의 뇌졸중도 치료할 수 있다는 가능성을 보여주고 있는 것이다. 눈이 먼 쥐도 배아줄기세포로서 시력을 회복하는 데 성공을 했다. 그리고 노인성 황반변성이 노인 실명을 유발하는데 그것을 줄기세포로 치료했다. 당뇨병에 걸린 쥐도 치료했다. 또 국내에서는 인간배아줄기세포로부터 혈관세포를 분화하는 유도기술을 개발했다는 보도들이 나오고 있다. 여기 보듯 배아줄기세포와 성체줄기세포에서 줄기세포를 추출하고 줄기세포주를 배양해서 신경세포를 만들면 치매 등 뇌 조직이 손상된 환자에게 이식해서 치료할 수 있다. 또 심장근육세포로 분화시키면 심장병 환자에게 이식도 가능하며, 혈액세포로 분화시키면 백혈병 환자에게 이식도 가능하다. 그런데 배아줄기세포와 성체줄기세포에서는 윤리문제가 걸린다. 그래서 천주교에서는 배아줄기세포의 사용에 반대하는 의견을 발표하고 성체줄기세포만 쓰라고 한다. 그런데 최근에 환원원시세포라는 기술이 개발되어서 배아줄기세포와 성체줄기세포의 구별을 할 필요가 없어졌다. 따라서 윤리적 문제없이 기술개발에 따라서 충분히 치료제를 개발할 수 있다.

우리 생명공학연구원에서 하고 있는 연구 중에 TV 뉴스에 보도된 내용을 소개해 드리고자한다.

-KBS 뉴스-

암이나 백혈병 같은 난치병 환자들에게는 100% 똑같은 골수를 찾아내는 것이 가장 큰 문제입니다. 그런데 국내 한 연구팀이 골수가 50% 정도만 일치해도 부작용이나 재발 없이 이식이 가능한 치료방법을 찾아냈습니다.

우리 몸 안에서 만들어지는 면역세포인 NK세포가 암세포를 공격해 파괴하는 모습입니다. 한국생명공학연구원 최인표 박사 연구팀은 이 NK세포를 이용해 골수가 100% 일치하지 않아도 부작용과 재발가능성 없이 암이나 백혈병 환자에게 골수를 이식해 치료할 수 있는 방법을 찾아냈습니다. 먼저 50% 정도 일치하는 환자 가족의 골수를 환자에게 이식합니다. 곧 이어 이 환자가족의 골수에서 줄기세포를 추출해 NK세포를 만들고 이 NK세포를 환자의 몸에 투여해 암세포를 공격하도록 하는 것입니다.

“골수에 있는 줄기세포를 얻어서 NK세포를 만들어서 다시 넣어주기 때문에 추가적으로 생길 수 있는 여러 가지 부작용을 줄일 수가 있습니다.”

연구팀은 사람에게 NK 세포를 직접 투여하기 위해 혈액암 환자를 대상으로 한 임상실험을 식품의약품안전청으로부터 승인받았습니다. 연구팀은 앞으로 두 달 뒤에는 환자에 대한 NK 세포 투여가 끝날 것으로 보고 있습니다. 그렇지만 치료효과가 나타날 때까지는 1년 반 정도가 걸릴 것으로 전망됩니다. NK세포 기술에 대한 원천특허를 가지고 있는 한국생명공학연구원은 서울 아산병원에 연구소를 설치하고 공동연구에 들어갔습니다.

2007년 5월부터 시작해서 지금 1년 반 정도 지났는데 연구 성과가 놀랍다. 백혈병에 대해 쓰고 있는데 정말 부작용 하나 없이 환자가 건강해지고 있다. 사실 50%만 일치하면 된다고 했는데 기술도 발전해서 환자 자체의 세포를 뽑아내고 줄기세포를 밖에서 배양한 후 그것을 다시 환자에게 집어넣어 주기 때문에 원래 자기 것이라 전혀 거부반응이 없으며, 그 줄기세포는 실제로 암세포를 공격해서 다 잡아먹는다. 그래서 거의 치료되었다고 우리는 판단하지만 5년 정도를 봐야하기 때문에 1차적으로는 성공이라고 생각하고 있으며, 앞으로 3년 정도 뒤에 최종결과가 나오면 그때 정식으로 기업체에서 이 기술로서 제품을 만들 수 있을 것이다. 현재 미국의 파이저(Pfizer Inc.)라고 하는 세계최대의 제약회사가 관심을 표명해서 공동연구를 하고 있다.

줄기세포를 이용하면 세포이식, 조직이식, 장기이식에 다 쓰인다. 예를 들어 슈퍼맨 역을 하던 영화배우가 지금 허리를 다쳤는데 그런 부분도 줄기세포를 넣어서 치료가 가능하다. 그리고 파킨슨병도 치료가 가능하며, 치매도 분명히 줄기세포로서 치료할 방법이 있을 것으로 예상하고 연구 중에 있다. 무엇보다 줄기세포로 이빨을 만들 수 있다는 것이다. 이 기술이 성공하면 의사들은 아마도 임플란트로 돈을 벌 수 없을 것이다. 이를 Test-Tube Teeth라고 하는데 매우 어려운 기술이다. 이것도 하나의 기관(器官)이기 때문에 총체적 지식을 갖기 전에는 쉽게 될 일이 아니어서, 현재는 아이디어만 있는 것이고 줄기세포에서부터 이빨이 되기까지 상당히 깊은 연구들이 이루어져야 한다.  그러나 멀지 않은 장래에 사람들은 이것이 가능해질 것으로 이야기 하고 있다.

맞춤아기의 경우는 과연 그것이 가능하며 윤리적으로는 문제가 없는지 논란의 여지는 있다. 어쨌든 유전자를 조절함으로써 맞춤아기의 탄생이 가능할 것이라고 유전공학자들은 이야기 한다. 아직 적용 단계는 아니지만 머리만 놓고 보면 6번 염색체에 사람의 IQ를 결정하는 유전자가 있기 때문에 이를 잘 연구한다면 머리가 나쁜 사람도 좋아지게 하는 것이 가능할 수 있다는 것이다. 실제로 지난 1월 9일 서울신문에 나온 기사다. 이를 보면 유방암과 난소암은 유전이 되는데 영국에서 가계도상 그러한 유전자를 가지고 태어날 수밖에 없는 아이를 체외수정을 통해 착상한 배아를 꺼내서 그 유전자를 도려냈다. 그리고 다시 착상을 시켜서 그런 암의 유전형질을 물려받지 않은 아이를 낳는데 성공했다는 것이다. 종교계와 생명윤리단체에서는 유전자를 인위적으로 제거하거나 선택하는 것이 옳지 않다고 반대 하지만 이미 영국 정부에서 허가를 해서 이런 아기가 태어났다. 따라서 IQ가 좋은 유전자를 집어넣는 것은 어떻겠느냐는 아이디어 역시 실현가능한 이야기가 될 것이다.

(2) 농/식품분야

사실 생명공학이 농업분야에 엄청난 영향을 줄 수 있다. 실제로 농업혁명을 이룩할 수 있을 것이라는 생각을 한다. 그래서 지금 옥수수의 경우 병충해에 내성이 강한 유전자를 집어넣으면 전혀 농약을 할 필요가 없을 정도고, 고온에서 잘 자라는 감자도 이미 개발되었다. 최초로 상품화된 유전자 조작 식물은 토마토다. 일반적으로 우리는 토마토를 먹을 때 약간 파란 것을 사다가 집에서 먹는데 이 토마토는 시장에 나올 때부터 빨갛고 무르지도 않으며 탄탄하다. 이처럼 여러 가지 성질을 농산물에 도입하는데 우선 수량을 증대할 수 있으며, 재해나 가뭄, 더위에 잘 견디는 내 재해성 작물도 생산이 가능하다. 또 우리에게 유용한 물질을 생산하는 작물도 가능하다.

영양 강화 유전자 조작 식품의 예를 들면 비타민을 가공하는 것도 있고, 노화억제 성분이 들어간 농산물도 개발할 수 있다. 이것은 목화인데 벌레들이 많이 낀다. 그런데 벌레를 죽이는 독성물질을 집어넣어서 잎의 피해도 미리 막을 수 있다. 옥수수도 마찬가지다. 또 제초제를 강하게 쓰면 우리가 원하는 작물까지 죽을 수 있는데 제초제 저항성 유전자를 식물체 안에 도입한다면 제초제 살포시 잡초만을 죽이고 우리가 재배하는 식물은 건강하게 살아남도록 할 수 있을 것이다.  실제로 제초제에 강한 콩이나 옥수수, 유채와 같은 것들이 이미 개발되어 재배되고 있다. 또 현재 상추, 딸기, 감자, 밀, 사탕무와 같은 것들이 개발되고 있다. 또 파파야의 경우는 바이러스에 대한 저항성, 그리고 백색곰팡이에 저항이 있는 해바라기 등이 개발되어 있다. 중요한 것 가운데 하나는 타임지에 나온 내용인데 비타민A를 보강시킨 유전자 조작을 통해 노란 쌀을 개발, 비타민A 결핍증에 걸린 아프리카의 아이들에게 공급한다면 매년 200만 명 정도를 살릴 수 있다는 것이다.

이러한 농식품 바이오 기술은 이처럼 제초제, 병충해 저항성 작물로 시작했지만 의약품이나 백신, 그리고 필수아미노산을 보강시킨 작물들도 기술발전에 따라 만들어지고 있다. 그 결과 Biotech Crop, 즉 생명공학 작물들이 점점 늘어나고 있다. 가장 많이 키우고 있는 곳이 미국이고 세계 각국으로 늘어나고 있으며 생산량도 급증하고 있다. 이 중에는 이러한 농산물의 유해성에 의문을 갖는 분들도 있겠지만 아직까지 유해하다는 증거는 없다. 2005년도에는 WHO에서 유전자조작 농산물은 농업생산성을 증대시키고, 인류건강과 개발에 직접적으로 기여할 수 있는 영양 가치를 향상시키고 있다고 했으며, 작년에는 EU Commission Report에서 유전자조작식품이 유해하다는 증거가 없다는 보고서를 제출했다.

이와 같은 생명공학기술은 고부가가치 화훼산업에도 쓸 수 있다. 최근 일본 산토리에서 파란 장미를 개발했다. 팬지꽃에서 파란색을 만들어내는 유전자를 뽑아 장미에게 이식하는데 성공한 것이다. 사실 파란 장미는 꿈에서나 볼 수 있는 존재하지 않는 장미로 생각했지만 현실화 되었다. 그리고 일본정부로부터 판매승인을 받았고, 금년 가을에는 시중에 나올 것이다. 그런데 가격, 생산량, 이름 등은 기밀에 부치고 있다. 이 외에 파란색 카네이션도 나왔다. 우리가 잘 생각한다면 꽃도 디자인을 해서 고부가가치의 화훼산업을 일으킬 수 있을 것이다. 가축에서도 생명공학이 적용된다. 잘 아시듯 복제 개 스너피가 있고 늑대도 복제를 한 번 했었다. 젖소 보람이도 있다. 최근에 울트라 한우라고 울산지역에서 보통소의 두 배가 넘는 황소가 발견되었다. 이 소의 정자를 따로 보관하고 유전자를 뽑아서 복제를 해서 태어난 복제 한우가 초롱이다. 다른 소에 비해 정말 크고 육질도 1등급이라고 한다. 또한 돼지를 이용하면 사람의 장기를 대신할 수 있다. 이것이 지금 콩팥이 망가져서 투석을 하는 사람이 많은데 매우 큰 고통이다. 간이나 콩팥 기증자를 찾기 쉽지가 않은데 돼지는 묘하게도 사람과 간 사이즈가 거의 비슷해서 대용으로 쓸 수 있다. 이런 미니돼지를 무균적으로 키우고 그 장기를 이식하면 우리가 쓸 수 있을 것이라고 해서 연구 중이다.

장성군에서 나노팹센터를 유치한 것으로 아는데 만약 이런 나노기술과 바이오기술이 합쳐진다면 가장 유력한 응용분야 가운데 하나는 농산물 관련 정보를 나노 DNA 바코드에 코팅하여 농산물에 뿌리면 유통시장에서 정말 한우인지 아닌지 알 수 있는 시스템이 가능하다. 현재 기술적으로 가능하지만 가격이 비싸기 때문에 가격을 내리는 작업이 연구 중이다.

(3) 환경/에너지

환경에도 생명공학분야의 응용이 가능하다. 생물학적인 폐수처리는 물론이고 여러 가지 오염된 중금속, 유기화합물, 방사선물질, 대기오염 등에 환경정화식물을 이용한다면 환경정화가 가능하다. 또 이런 청정생물공정을 이용해서 여러 가지 폐수를 처리할 수 있고 바이오에너지, 예를 들어 유채에서 오일을 만들어 내고 여기서 바이오 디젤을 만들어 낸다면 현재 우리가 겪고 있는 원유문제에 대비할 수 있으며, 실제로 바이오 디젤 생산 현황도 늘어나고 있다.

그래서 처음에는 환경에 대해 발생된 폐기물을 처리하는 등의 사후처리 위주의 환경관리만 했지만 사전오염 예방위주의 환경관리로 갈 것이고 앞으로는 환경을 복원하는 쪽의 제3세대 기술이 개발되어 이용될 것이다.

(4) 융합기술분야

융합기술이라고 하는 것은 생명공학과 정보기술, 그리고 나노기술의 융합이다. 이러한 융합기술이야말로 우리가 현재 겪고 있는 여러 가지 어려움을 극복할 수 있는 유일한 기술적 수단이 될 것으로 이야기 되고 있다. 그 시장도 2010년도에는 나노-바이오가 700억불, 분자진단 305억불, 바이오칩 105억불로 급속히 커질 것으로 예상된다.

여러 가지가 있는데 먼저 미래의 의료분야에서 암세포, 예를 들어 간암을 치료할 때 자기발생 열을 이용하는 나노입자를 투입을 하면 암세포에만 이것이 붙어 암세포를 죽이는 기술이 가능한데 이것을 나노폭탄이라고 해서 이미 중국에서 개발되어 있는 기술이다. 그래서 암세포를 공격하는 나노미사일이나 혈관 속 나노기계 등으로 이용될 수 있다. 또한 앞으로는 병원에 가지 않고 집에서 여러 가지 데이터를 직접 의사에게 컴퓨터로 보내고 의사가 판단 후 처방할 수 있는 U-Health가 앞으로는 대세일 것이다. 결과적으로 시간과 공간적인 제약을 극복한 의료시스템을 우리가 갖게 될 것이다. 2015년 정도가 되면 충분히 도입될 것으로 생각하고 있다. 그리고 또 바이오닉스라고 하는 인조 기계인간을 생각할 수도 있다. 사람이 눈이 나빠지면 눈을 바꾸면 되지 않겠나? 그런데 남의 눈을 넣은 것이 아니라 실제로 기계와 이런 렌즈 등을 집어넣을 수 있다는 것인데 이것이 거의 모든 감각에 가능하다는 것이다.

그런데 생명공학은 여러 가지로 사회적인 이슈가 있다. 특히 안전과 윤리문제, 그리고 국민의 인식과 수용의 문제가 그것이다. 환경적 측면에서 보면 멸종된 생물을 부활시키거나 새로운 종이 창조될 수 있다. 즉 진화라는 면에서 인간이 개입을 해서 더 빨리 한다거나 다른 방향으로 진화를 시키는 것인데 이러한 인간의 역할이 올바른 것인가 하는 윤리적인 논쟁이 나올 수 있다. 생태계 파괴(유전자 오염)의 가능성도 있다. 또 자유무역과 환경보호간의 갈등도 있을 수 있다. 예를 들어 호랑이는 현재 교역 자체가 금지되어 있다. 그런데 자유무역과 이런 환경보호와는 상충되는 개념이 있다. 그래서 이미 2003년에 바이오안전성의정서가 발효되어 국가 간에 이러한 문제를 함께 처리하자는 움직임이 있다.

윤리적 측면에서는 인간의 존엄성, 사생활 보호, 사회적 안정과 배제의 문제가 있으며, 이런 것들은 방대한 지식을 수반하기 때문에 보통 사람들이 이해하기 매우 어렵다. 결과적으로 여러 가지 지식에 따라서 교육적 측면의 문제들도 나올 것이라는 것이다. 특히 IQ를 증진시키는 기술의 경우는 저능아뿐만 아니라 정상인의 지능도 향상시킨다는 점에서 상당한 문제를 일으킬 수도 있다. 예를 하나 들겠다. 뉴스위크지에 나온 이야기인데 여기 보듯 Memory drugs라고 하는 약을 소개하고 있다. 실제로 팔리고 있다. 바이오닉스처럼 만약 사람의 뇌를 연구해서 수학, 경제, 문화, 역사와 같은 칩들이 따로 있고 그 칩을 넣을 경우 사람에게 전달된다면 공부할 필요가 없을 것이다. 그런데 그와 같은 일이 실제로 가능할 것이라는 이야기다. 2003년도에 미국에서는 그것을 연구하지 말라고 금지했다. 사람 뇌에 칩을 하나씩 꼽는 것이 가능할 것이라고 생각하는 것이다. 그런데 사람의 뇌 자체가 약12,500G Byte라고 한다. 조그만 USB 하나가 보통 1G Byte니까 사람의 뇌가 그 정도면 꽤 큰 것이다. 그런데 아직 인간의 뇌를 우리 인류가 1% 정도밖에 이해하지 못하고 있다. 옛날에 레인맨이라는 영화를 봤겠지만 실제 이 사람을 모델로 한 것이다. Kim Peek라는 사람인데 정신적으로 이상이 있는 사람이지만 책 9천권을 다 외울 정도로 암기력은 좋아서 이 사람의 뇌를 MRI로 찍어봤다. 보통 사람은 좌뇌와 우뇌 사이에 이러한 부분이 있는데 이 사람은 보이는 것처럼 아무 것도 없다. 좌뇌와 우뇌를 연결하는 뇌량 부분이 이 사람은 아예 없는 것인데 그 원인은 아직 모르고 있다. 그래서 이 사람은 정상적인 사회생활과 판단은 못하지만 외우는 것만은 아주 놀랍게 하고 있는 것이다. 그래서 사람들이 뇌에서 세포의 역할을 연구한 결과 뇌 세포 사이에는 시넵스(Synapse)라는 것이 있는데 그 시넵스가 서로 상호 소통함으로써 정보를 전달한다는 것을 알아냈다. 그러면 소통은 무엇으로 할까? 바로 칼슘이온이 왔다 갔다 한다는 것까지 밝혀냈다. 더 구체적인 것은 아직도 모른다. 그렇다면 이 칼슘이온을 조금 더 활성화시켜주면 머리가 좋아지지 않을까? 그래서 지금 이 ‘Ca Flow Regulator’라고 하는 약을 개발했다.

‘Modafinil’과 ‘Methylphenidate’라는 약이 우연하게 칼슘통로를 매우 원활하게 해준다는 것을 경험적으로 발견했는데 이 ‘Methylphenidate’가 ‘리탈린(Retalin)’이라고 하는 약이다. 이것이 이미 시판되고 있다. 원래 수영선수 펠프스가 주위산만증(ADHD) 때문에 수영을 시작했다고 하는데 이 ADHD를 치료하기 위한 약이 리탈린으로 집중력을 키워주는 역할을 한다. 지금 강남의 대치동에 가면 리탈린이 엄청나게 잘 팔린다고 한다. 실제로 공부하는 아이들이 그 약을 일정량 먹으면 집중하는데 도움이 된다는 이야기를 하고 있다. 심지어 미국에서는 리탈린을 켈로그와 같은 시리얼에 넣어서 아이들에게 먹이면 집중도가 좋아진다는 이야기도 하고 있다.

노동력 측면에서 보면 활동 가능한 나이를 연장시킬 수 있는 치료 패키지가 등장할 것 같다. 또한 수명연장에 따라서 90세까지 일하는 사람도 있고 50세에 퇴직하는 사람도 있을 것인데 고령화 사회에 대한 대응방안의 하나가 장수과학이다. 나이가 들면 인지능력이 감소되고 시각이나 청각에도 문제가 생기는데 그 중 하나가 근력이 자꾸 줄어드는 것이다. 그런데 최근에 인체근육의 소실이 조절될 수 있다는 것이 생명과학에서 발견되었다. 즉, 유전자 조작을 통해 근육들을 키울 수 있을 것이라는 것이다. 실제로 실험을 했는데 근육 쥐가 나왔다. 개도 완전히 근육만으로 이루어진 개가 실제로 탄생했다. 우리 몸에서 나오는 ‘Myostatin’이라는 물질이 더 이상 생산되지 않도록 조절을 했더니 가능했다. 이 물질은 원래 근육이 자라는 것을 억제하는 것인데 그것을 없애버리니까 근육이 자라는 것이다. 만약 사람에게 적용하면 어떻게 될까? 문제는 근육은 좋아지지만 인대가 약해진다고 한다. 인대가 약해서 끊어지면 아무런 힘을 못 쓰기 때문에 상용화에 들어가기 위해서는 조금 더 완벽한 연구가 필요하다.

노화된 근육도 실제로 재생이 된다. 이렇게 ‘pSmad3’라는 유전자를 차단시키면 실제로 노화된 세포가 아주 젊은 세포로 환원이 된다. 실제로 노화제어물질이 현재 개발되고 있는데 ‘레스베라트롤(Resveratrol)’이라는 약물이 건강수명을 약60% 정도 연장시킬 수 있다. 그런데 미국에서는 이것을 개발한 Sirtris라는 회사를 GSK라는 회사가 7억 2천만 달러에 인수하면서 ‘SRT501’과 ‘SRT2104’라는 약물을 개발했는데 이는 레스베라트롤의 5배, SRT2104는 약1,000배의 강력한 효과가 있다고 한다. 이렇게 항노화 약물이 이미 시판되고 있기 때문에 앞으로는 노화가 더 이상 피할 수 없는 자연현상이 아니라 예방과 치료가 가능한 질병으로 그 패러다임이 바뀔 것이다.

최근에 바로 1월 9일 서울신문에 나온 보도다. 미국 스탠포드대 연구팀이 노화를 막는 꿈을 이뤄줄 ‘꿈의 단백질’, 즉 ‘SIRT6’과 ‘NF Kappa B’를 찾아냈다는 기사다. ‘SIRT6’은 세포 노화를 억제, ‘NF Kappa B’는 세포 노화를 촉진시키는 역할을 한다. 그러니까 젊은 쥐와 늙은 쥐를 가지고 실험했는데 젊은 쥐에 ‘NF Kappa’를 주고 늙은 쥐에게는 ‘SIRT6’를 주사하니까 젊은 쥐들은 빠르게 노화되어서 4주 만에 다 죽었다. 그런데 늙은 쥐들은 오히려 어려 보일 뿐만 아니라 어린 쥐들처럼 활발하게 움직였다는 것이다. 실제로 이것이 화장품에 쓰인다면 피부문제를 비롯해 인간의 생활에 어마어마한 혁명이 올 것이라는 이야기를 하고 있다.

2. 세계 발전 추세

OECD에서는 앞으로 10～20년 뒤가 되면 바이오 경제시대가 될 것이라고 공식적으로 이야기 하고 있다. 즉, 2020～30년이 되면 우리가 바이오산업으로 먹고 사는 때가 될 것이라는 이야기다. 이러한 바이오분야의 특성으로는 지식 집약적이고 융합과 연계되며 태동기 기술이기 때문에 선진국과의 경쟁이 가능하다는 것이다. 현재는 생명현상을 총체적으로 연구하는 추세라 유전자치료, 세포치료, 뇌과학 등으로 연구가 몰리고 있으며 국경을 초월한 전략적 협력이 이루어지고 있다. 세계 생명공학의 시장규모도 2015년이 되면 12% 이상 올라갈 것으로 예상하고 있다. 권역별로는 미국이 제일 크지만 유럽과 아시아에서도 빠른 속도로 크고 있으며, 특히 앞서 말씀드린 것처럼 제약 산업의 핵심요소로 부상하고 있다. 그래서 현재 미국은 국가 연구개발예산의 21%를 생명공학 분야에 매년 투입하고 있으며, 일본은 생명과학을 국가 4대 중점추진기술로 선정하고 있다.

현재 우리가 여러 가지 면에서 생명공학기술이 주춤거리는 상황이다. 그러나 앞서 말씀드린 융합기술, 즉 기술의 융합에 의해서 충분히 뚫고 나갈 수 있을 것으로 예상한다.

3. 우리나라의 현황과 과제

우리나라는 현재 정부에서 적극적으로 바이오기술을 육성하고 있다. 범부처 육성정책을 펴고 있으며 적극적인 R&D 투자도 하고 있다. 실제로 우리나라가 시작한 것은 94년 제1차 생명공학육성기본계획을 수립하면서부터 투자가 시작되었다고 할 수 있는데 그때부터 이렇게 급속히 올라가고 있다. 정부에서는 ‘바이오비전 2016’이라는 비전 아래 과학 기술논문 창출, 특허기술 경쟁력 향상, 핵심 연구개발인력 양성, 산업화 시장 창출을 목표로 지금 추진하고 있다. MB정부에서도 신성장동력기술로서 바이오신약 및 의료기기를 선정하여 투자를 하고 있고, 앞서 말씀드린 유전자, 단백질, 항체, 세포 등 전부 고부가가치 블록버스터 의약품 개발에 목표를 두고 정책을 수행하고 있다.

우리나라 생명공학의 과제와 관련해서는 여러 가지 필요성이 있고 또 그에 따른 여러 정책과제들이 있다. 과학․기술 경쟁력을 위해서는 질적 제고가 필요하고, 연구개발 투자에 있어서는 종합조정 시스템의 강화가 필요하며, 인프라 확충을 위한 전략도 강화해야 하고 법․제도 정비를 위한 지속적인 노력들도 해야 한다.

4. 한국생명공학연구원

우리 연구원은 85년 2월 한국과학기술연구원 KIST의 부설연구센터로 시작해서 만 24년째가 되고 있다. 90년에 대덕연구단지로 청사를 옮겨서 현재 거기에 있다. 연구원의 기능으로는 핵심원천기반기술 개발 및 보급, 바이오신약, 소재, 미래융합기술, 바이오 정보 등에 대한 연구 등이 우리가 하는 일이다. 그리고 우리의 비전은 세계적인 바이오기술혁신을 선도하는 전문연구소로 만들겠다는 것이다. 1년에 약 1,100억 원 정도의 연구예산을 쓰고 있다. 작년에 기술이전 18건으로 합계 총계 92억원을 달성했다. 연구 성과로는 여러 가지가 있지만 2004년도에는 기술이전이 14억밖에 안되었었다. 2008년에 92억이니까 급속도로 증가하고 있는 것이 그동안 우리가 투자해 놓은 여러 가지 성과들이 이제야 결실을 맺기 시작한다고 볼 수 있다. 외부에서 생명연구원을 보는 시각으로는 국제적으로 경쟁력 있는 기술개발로 명성이 높다고 미국의 의대 교수가 직접 신문에 기고를 했다. 또 현재 세계일보에도 생명공학분야에서 경이적이라고 해서 본 연구원을 거론하고 있는데, 이처럼 우리 생명공학연구원의 1,000여 연구자들은 국가의 신성장동력과 바이오경제를 창출하는데 기여하고자 혼신의 노력을 기울이고 있으며 국민 여러분들의 많은 이해와 사랑을 기대하고 있다는 말로 강의를 마치겠다.