日정부, 바이오산업 육성에 박차

최근 들어 일본 기시다 정권이 발신하는 메시지 중에서 '바이오'라는 키워드가 자주 등장한다. 예컨대 올해 10월에는 탈탄소 바이오 연료 활용을 검토하는 의원연맹이 발족됐는데, 발기인(發起人)으로서 스가 요시히데 전 일본 총리와 함께 기시다 총리도 이름을 올렸다. 의원연맹을 발족하는데 행정부 수장인 총리가 참여하는 것은 흔치 않은 일이다. 또한 같은 달에 기시다 총리는 교토에서 개최된 과학기술 관련 국제회의에서 경제안전보장 추진을 위해 바이오 테크놀로지 등의 분야에서 민관연계를 추진하고 투자를 가속화하겠다는 방침을 표명하기도 했다. 바이오 테크놀로지에 관한 일본의 국가전략은 기본적으로 '2030년 세계 최첨단 바이오 이코노미 사회 실현'을 목표로 하는 종합정책 패키지 차원에서 책정된 <바이오 전략 2019>을 근간으로 삼고 있다.

<2020년 10월, 교토에서 개최된 국제회의에서 바이오 테크놀로지에 대한 적극 투자 의사를 표명한 기시다 총리>

[자료: TBS News]

일반적으로 '바이오'라고 하면 바이오 신약이나 바이오매스 연료 등을 연상하기 마련이나, 실제로 바이오의 적용 분야는 매우 광범위하다. 바이오 테크놀로지(Bio Technology)는 생물학(Bio)과 기술(Technology)을 결합시킨 조어인데, 일본에서는 '생물공학' 정도로 번역한다. 바이오 테크놀로지와 비즈니스의 연계는 유전자 공학, 단백질 공학, 세포배양·조직배양, 미생물학, 발효공학, 바이오인포매틱스(생물정보학) 등의 기초연구 성과를 건강·의료, 환경·에너지, 소재·재료, 식량 등 폭넓은 산업에 응용함으로써 우리의 삶과 사회문제 해결에 기여하고 있다. 닛케이에서 발표한 '닛케이바이오연감 2019(日経バイオ年鑑 2019)'에 따르면, 일본 국내 바이오 산업 규모는 넓은 의미(광의적 관점)에서는 약 57조 엔, 좁은 의미(협의적 관점)에서는 약 3조6000억 엔 규모에 달한다.

  ※ 광의는 예전부터 이어져온 발효·양조 기술 등을 포함한 경우이고, 협의는 유전자 변형기술, 생체분자 해석기술 등의 첨단기술을 활용한 제품·서비스로 한정한 경우

<광범위한 바이오 테크놀로지 분야>

[자료: 일본 경제산업성]

<일본 바이오산업 시장 규모(2019년 기준)>

[자료: 닛케이바이오연감 2019(日経バイオ年鑑 2019)]

다음으로는 최근 일본에서 주목받고 있는 바이오 테크놀로지 업계에서 가장 이색적인 사례로 꼽히는 두 가지 차세대 기술(Next Tech)을 소개하도록 하겠다.

의치·임플란트는 이제 그만, 치아를 재생시키는 미래형 치과치료에 도전하는 바이오벤처

지난 2022년 6월, 기시다 정권이 국무회의에서 의결한 경제 재정운영 지침 '기본골격 방침'에 '전국민 치과 정기검진 의무화'의 구체적인 검토와 '구강 노쇠(Oral Frailty) 대책 및 질병의 중증화 예방을 통한 치과 전문의의 구강 건강관리 충실화' 등이 포함돼 세간의 주목을 받았다. 치아 건강이 전신 건강에 영향을 미친다는 내용은 KOTRA 해외시장 뉴스에서도 예전에 다룬 바 있다(<‘치료’에서 ‘예방’으로, 일본 헬스테크 스타트업 등장>, <일본 치실(Dental Floss) 시장 동향> 등을 참조). 치아 건강이 중요한 이유는 한번 치아(영구치)를 잃게 되면 다시 새로 나지 않기 때문이다. 치아 손상 시 치료 방법 또한 전적으로 의치나 임플란트에 의존하고 있다. 그런데 일본에서 한번 잃은 치아를 다시 나게 하는 꿈 같은 치료제를 개발 중인 곳이 있으니, 바로 교토대학 바이오 벤처기업 '토레젬 바이오파마(Toregem Bio Pharma)'다. 토레젬 바이오파마는 세계 최초로 치아를 다시 나게 하는 치료제 개발을 진행하고 있다. 

이빨이 몇 번이고 다시 나는 상어와 달리 인간의 치아는 생애 딱 한 번만 다시 난다. 그러나 토레젬 바이오파마사에 따르면, 인간의 구강 세포에는 유치(乳齒)와 영구치 다음에 나는 '치아의 싹'이 존재한다고 한다. 치아의 싹이 존재함에도 치아가 다시 나지 않는 이유는 치아의 싹이 더 이상 성장하지 못하게끔 막는 단백질이 있기 때문이다. 이 회사는 두 번째 치아가 나는 것을 막는 이 단백질의 항체를 개발 중이다. 실험용 쥐 등에 대한 투약 실험에서는 실제로 이빨이 다시 나는 것이 확인된 상태이며, 현재는 안전성 검증을 진행 중인 단계로 2030년 무렵 실용화를 계획 중이다. 치아가 없는(결손) 상태는 충치 등 질환으로 치아를 잃게 되는 후천적인 경우만 있는 것이 아니라, 선천성(유전성) 무치아인 경우도 존재한다. 토레젬 바이오파마는 우선 선천성 무치아 증상자에 대해 치료제를 선행 투입하고, 최종적으로는 충지나 치주병 등 후천적 요인으로 치아가 결손된 환자의 치아 재생까지 노린다는 방침이다. 틀니나 임플란트 치료 등 현재까지 확립된 치과치료 시스템이 근본적으로 변화하는 미래가 세계 최초로 치아를 다시 나게 하는 치료제 개발로 한층 더 가까워지고 있다.

<선천성·후천성으로 분류 가능한 치아 결손>

[자료: Toregem Bio Pharma]

<실험용 쥐를 대상으로 한 테스트(치아 싹에 항체를 투여)>

*왼쪽 사진이 항체 투여 후의 것으로, 투여 전인 오른쪽 사진에는 없던 새로운 이빨이 자라난 것을 확인할 수 있다.

[자료: NIKKEI TRENDY]

차세대 산업혁명 유망주로 떠오르는 바이오 파운드리 기업

2022년 6월 기시다 정권이 국무회의에서 의결한 성장전략 '새로운 자본주의' 내용 중에는 과학기술 분야 중점 투자처로서 '바이오 제조' 분야를 대대적으로 다루고 있다. '바이오 제조'란 미생물이나 식물을 이용해 화학제품, 연료, 의약품 원료, 단백질 등의 유용한 물질을 생산하는 분야를 말한다. 기존의 화학합성 분야와는 달리 상온·상압 조건의 발효 공정을 통해 생산이 가능해 효율적인 동시에 에너지를 절약하며 개발을 진행할 수 있다. 이러한 바이오 제조분야의 차세대 주자로 주목 받는 기업이 있으니 바로 2020년 설립된 바이오 파운드리 기업 '바커스 바이오이노베이션(Bacchus Bio Innovation)'이다. 바이오 파운드리(Bio Foundry)란 4차 산업혁명의 핵심기술인 인공지능(AI), 로보틱스 기술 등을 합성생물학에 적용해 바이오산업의 연구개발 속도와 효율성을 높이는 플랫폼을 말한다. 바이오 연구개발 과정과 제조공정을 혁신할 수 있고 바이오 융합 신산업 창출도 기대할 수 있다. 바커스 바이오이노베이션사는 일본 고베 대학의 바이오 기술과 노하우를 이전해 창립한 아시아 최초의 종합 바이오 파운드리 기업이다. 

이 회사는 특정 화합물을 만들어내는 목적에 대응하는 생물 시스템을 컴퓨터로 설계한 후 그 설계에 기반해 바이오 사이언스 기술로 생물 시스템을 구성해 성능을 시험한다. 그리고 시험 결과값에서 얻어진 법칙성을 다시 컴퓨터 설계에 반영해 설계 정밀도를 높이는 작업을 반복한다. 설계부터 구축, 평가, 학습의 4가지 사이클을 반복하는 이 일련의 흐름을 'DBTL 사이클'*이라고 한다.(개발하는 미생물에 따라 다르지만 하나의 프로젝트에서 사이클을 반년 사이에 3~4회 돌린다). 실험을 반복하는 속도가 굉장히 빠르기 때문에 기존의 화학 합성 방식으로는 만들어내기 힘든 고기능 소재도 용이하게 제조가 가능해지는 등의 장점이 있다.

 * Design(설계), Build(구축), TEST(평가), Learn(학습)의 사이클을 돌려 수요자 기업의 요망에 맞는 미생물을 고효율로 신속히 제공 가능한 체제를 구축

바이오 파운드리가 지향하는 것은 반도체 업계의 재현이다. 2010년대 이후에 반도체 업계에서는 미국 엔비디아(NVIDIA)등 반도체 설계회사와 대만의 TSMC 등 반도체 제조회사 간의 역할 분담이 명확해졌다. 이를 바이오 업계에도 대입하면 세포나 효소 등의 바이오 설계를 담당하는 기업과 양산화 공정 개발을 담당하는 기업의 역할을 분담 구조를 상정할 수 있다. 바커스 바이오이노베이션 관계자와의 인터뷰에 따르면, "바이오테크놀로지 설계부터 제품 양산까지 모든 과정을 자사 단독으로 실행하는 것은 현실적으로 쉽지 않다. 이를 실현하기 위해서는 다양한 요소 기술 및 주변 기술이 필요하며 이러한 기술을 보유한 기업과의 합작회사(조인트벤처, JV)설립 등을 적극적으로 검토해 나아가고자 한다."고 말했다. 

<바커스 바이오이노베이션의 DBTL 사이클>

[자료: 일간공업신문]

시사점

현재 일본의 바커스 바이오이노베이션사의 유력 경쟁사로서는 미국의 긴코 바이오웍스(Ginkgo Bioworks), 아미리스(AMRS), 자이머젠(Zymergen) 등을 꼽을 수 있다. 최근에는 유럽에서도 유사한 바이오 기술을 보유한 기업들이 속속들이 등장하고 있어 글로벌 바이오테크놀로지 시장의 주도권을 쟁탈하기 위한 기업 간 경쟁이 격화되고 있다. 미국이나 유럽 등 주요 선진국은 이미 바이오테크놀로지의 잠재력과 가능성을 인지하고 바이오산업 육성 정책을 앞다퉈 내놓고 있다. AI, 빅데이터 등 첨단 IT가 로봇·기계와 융합돼 4차 산업혁명으로 발전했던 것처럼 이제는 바이오테크놀로지가 첨단 ICT와 융합되면서 새로운 산업 패러다임의 변화를 주도하고 있다. 앞으로 도래할 차세대 산업혁명의 방관자가 아닌 주체적인 참가자가 되기 위해서는 일본을 비롯한 세계 바이오테크놀로지 최신 동향을 지속적으로 주시하며 새로운 비즈니스 기회를 포착해낼 수 있어야 할 것이다.

<바이오 테크놀로지가 개척해 나아가는 제5차 산업혁명>

[자료: 일본 경제산업성]

자료: 일본 경제산업성, TBS News, NIKKEI BP, NIKKEI TRENDY, 일간 공업신문, 각 사 보도자료 및 KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합