바이오기술(Biotech, Bio-technology)은 한 마디로 요약하면 ‘생물체의 기능과 정보를 이용해 각종 유용한 물질을 생산하는 기술’이다. 그리고 바이오산업은 이러한 ‘바이오기술’을 바탕으로 생물체의 기능과 정보를 활용하여 제품 및 서비스를 생산하는 산업이라고 정의할 수 있다. 여기서 두 개의 개념이 모두 생물학(Biology)를 바탕으로 하고 있다는 점을 주목해야 한다.
다시 말해서, 바이오기술은 여러 산업에 적용이 가능하고, 바이오산업 역시 이러한 바이오기술이 적용된 모든 산업을 포함할 수 있기 때문에 바이오기술이나 산업은 어느 한 영역에 국한시켜서는 안 된다. 이렇게 넓은 바이오기술과 산업은 일반적으로 색깔로 구분하기도 하는데, 레드바이오는 의약바이오, 그린바이오는 농업바이오, 화이트바이오는 산업바이오를 지칭한다.
바이오 기술, 사람이 먹고 마시는 분야까지 적용됩니다
그린바이오는 바이오기술을 농업, 임업, 수산업에 활용해 산업적으로 효용이 있는 소재와 제품을 대량생산하는 분야로써, 종자, 작물보호제 등이 포함된다. 대표기업으로 몬산토(Monsanto)와 신젠타(Syngenta)등이 있었는데, 최근 초대형 글로벌 M&A를 통해 산업지형이 급변하고 있는 중이다.
그린 바이오 분야 중 농업 분야는 전문기업인 몬산토, 신젠타, 종합화학기업인 바이엘, 듀폰, 바스프, 다우케미컬 등 Big 6가 세계 작물보호제 시장의 80%, 종자시장의 50%를 차지해 대략 60% 정도를 과점하고 있었다. 하지만, 최근 중국 켐차이나(Chem China, 중국화공)가 스위스의 신젠타체 대한 M&A에 성공하고, 이에 맞서 독일 바이엘이 미국 몬산토에 대한 M&A에 성공했으며, 최종적으로 다우케미컬과 듀폰 마저 합병에 성공해 Big 3로 재편됐다. 그린 바이오 분야의 변화에서 주목할 점은 글로벌 화학기업들이 그린 바이오 분야 기업을 합병해 시장을 장악했다는 점이다. 레드바이오 분야 역시 이렇게 전통 화학산업의 기업들이 이러한 초대형 M&A를 통해 시장에 진입할 확률이 더 높아졌다.
바이오 기술은 '의료' 분야에 국한된 개념이 아닙니다
화이트 바이오는 바이오연료, 바이오 기반 화학제품, 기능성 식품, 화장품 원료 등이 포함되는데, 레드바이오나 그린바이오에 비해 산업화 진행 속도가 느린 영역으로 평가받는다. 여기에 바이오기술을 기반으로 한 정보통신기술(IT, Information Technology) 또는 나노기술(NT, Nano Technology)을 접목시킨 융합바이오를 별도의 산업으로 구분하기도 하지만 아직은 산업화에 시간이 좀 더 필요한 상태다.
그렇다면, 왜 바이오는 주로 의료 바이오 헬스케어 이런 용어로 불리게 된 것일까. 즉, 왜 세 가지 개념 가운데 의료 바이오인 레드바이오가 제일 많이 알려진 것일까. 첫 번째로 의약품 개발이 가져오는 경제적 효과가 제일 크기 때문이다. 의약품은 한 번 개발에 성공하면 제약사는 특허 독점권을 바탕으로 10년 이상 많은 이익을 남길 수 있다. 즉, 바이오의약품 개발은 ‘하이 리스크’이면서도 부가가치가 큰 ‘하이 리턴’ 사업이라는 점 때문에 산업 규모가 제일 크고 그 성장 가능성도 제일 높다.
1. 물과 공기로 만든 인공석유 '블루크루드'
출처: Sunfire
이산화탄소에 물을 섞으면 석유가 된다. 독일 드레스덴 기반의 친환경 대체에너지 전문기업 선파이어(Sunfire)가 실제로 이 인공석유를 개발했다. 독일은 이 인공석유를 1925년부터 개발해왔다. 그리고 이 인공석유에 '블루크루드(Blue Crude)'라는 이름을 붙였다. 독일의 인공연료 개발은 프란츠 피셔(Franz Fischer)와 한스 트롭시(Hans Tropsch)라는 두 화학자에 의해 시작됐다.
이들은 1925년에 석탄의 액화 공정(피셔-트롭시 공정)으로 인공연료 '수소'를 얻는데 성공한다. 그리고 1930년대 이 인공연료를 생산하는 공장을 건설했지만, 석유 산업의 발전으로 실패하고 만다. 선파이어의 블루크루드 기술은 1990년대 개발된 이산화탄소와 수소의 결합으로 탄생한 인공연료 제조 기술에 기반을 두고 있다. 이 기술을 기반으로 선파이어는 공정과 비등점에 따라 항공기 연료인 케로신부터 휘발유, 경유, 중유 등 다양한 연료까지 생산할 수 있게 됐다.
블루크루드가 지금 주목을 받고 있는 이유가 있다. 바로 매우 친환경적인 대체에너지이기 때문이다. 실제로 블루크루드를 디젤차에 넣어 실험한 결과 배출되는 매연과 질소산화물, 이산화탄소 등이 혁신적으로 줄었으며 오히려 세탄가가 높아져 엔진 효율이 상승되었다. 또한 블루크루드는 신재생에너지를 사용해 제조가 가능하다는 점에서 일석이조의 대체에너지라 할 수 있다. 풍력과 태양광 등 친환경 에너지를 이용해 블루크루드를 생산할 수 있다.
실제로 블루크루드는 친환경 에너지로 물을 전기분해해 수소를 얻고 온실가스의 주범인 이산화탄소를 직접 공기 중에서 뽑아내 섭씨 800도의 고온에서 수소를 결합시켜 만들어진다. 물론 이 같은 생산방식을 택한 이유는 바로 인공석유의 단가 때문이다. 현재의 생산 방식으로 탄생한 블루크루드의 제조 단가는 리터당 1900원으로 아직도 석유에 비해 경쟁력이 없지만, 앞으로 친환경 에너지의 비용을 혁신적으로 줄일 수 있다면 단가도 석유의 생산단가 수준으로 충분히 낮출 수 있을 것으로 예상된다.
현재 선파이어는 노르웨이의 Heroya 산업단지에 블루크루드의 첫 번째 생산 공장을 건설하고 있다. 2020년부터 공장을 가동해 연간 8천톤의 블루크루드가 이곳에서 생산될 예정이며, 케로신부터 휘발유, 경유, 중유 등 다양한 인공연료들을 생산할 예정이다.
2. 23andMe의 유전자 분석 서비스
출처: 23andme
일반적으로 가족 중에 '암'에 걸린 사람이 있을 경우 그렇지 않은 가족에 비해 2~3배 암에 걸릴 확률이 높아진다. 이는 가족 구성원은 공통적으로 변형된 유전자를 가지고 있을 확률이 그만큼 높기 때문이다. 헐리우드 배우 안젤리나 졸리처럼 자신의 유전자를 분석해서 이런 돌연변이 유전자를 알아낼 수만 있다면 그만큼 '암'에 걸릴 확률도 낮출 수 있을 것이다.
미국의 유전자 분석 전문기업 '23andMe'는 이러한 목적으로 세워졌다. '23andMe'는 99달러(한화 약 105,400원)의 매우 저렴한 비용으로 일반인들이 손쉽게 자신의 유전자 정보를 알 수 있도록 돕고 있다.
현재 일반인이 자신의 유전자 정보를 분석하기 위해서는 반드시 대형 병원을 찾아야만 한다. 의료보험도 적용되지 않기 때문에 비용도 상당히 많이 소요된다. 그래서 대부분의 사람들은 자신의 유전자 정보를 애써 분석해보려 하지 않는다. 그러나 유전자 정보 분석은 '암'이라는 무서운 질병을 예방할 수 있는 최고의 방법이기 때문에 우리에게 꼭 필요한 것이다. 암에 걸려 병원에서 치료하는 시간과 비용을 감안한다면 유전자 정보 분석은 우리가 한번 쯤은 꼭 시도해 봐야 하는 것이다.
'23andMe'는 유전자 분석 서비스를 통해 상세한 유전자 정보를 알려준다. 자신의 유전자 정보는 물론이고 자신의 가족과 조상의 혈통 정보까지 알려준다. 무엇보다 '암'을 일으킬 수 있는 유전자 정보뿐만 아니라 암에 걸릴 수 있는 위험도와 확률까지도 알려준다.
암 발병률이 세계에서 가장 높은 국내에서도 '23andMe'와 같은 서비스가 꼭 필요해 보인다. '유전자 분석 서비스'는 단순히 개인의 질병 예방 차원을 넘어 범 국가적인 사회비용을 줄여 더욱 건강한 나라를 만들 수 있을 것이다.
3. 세계 최초, '암'을 즉시 찾아내는 'AR 현미경'
출처: Research at Google
암을 조기에 발견하는 것은 매우 중요하다. 그래서 많은 의사들이 MIR와 같은 첨단장비를 통해 정기적으로 건강검진을 받아야 한다고 강조한다. 그러나 비용이 문제다.
많은 사람들이 저렴한 비용으로 암을 진단할 수만 있다면 얼마나 좋을까? 지금 구글이 그 해답을 찾고 있다. 구글은 최근에 열린 미국 암 연구학회(American Association for Cancer Research)의 연례회의에서 암 세포를 즉시 발견할 수 있는 신개념 현미경을 공개했다. 아직 초기 모델이라 정식 이름이 붙여지진 않았다. 현미경을 개발한 구글 연구원들은 'AR 현미경'이라고 부른다. AR 현미경은 증강현실(AR) 기술과 인공지능(AI) 기술을 접목해 탄생하게 됐다.
연구원들은 암을 진단하는 과정에서 '딥러닝(Deep Learning)' 기술로 구현되는 AI 기술과 실시간으로 빠르게 세포의 이미지를 구현하는 AR 기술이 융합한 것이라고 설명한다. 물론 현재 임상병리학과의 의사들도 환자의 생체 기능과 병과의 관계를 분별하기 위해 현미경을 자주 사용한다. 문제는 시간이다. 암의 징후와 세포 분석, 연관 관계를 분석하는데 많은 시간이 소요된다.
현미경을 사용하는 방법은 일반 광학현미경을 사용하는 방법과 동일하다. 인체 조직이 포함된 슬라이드를 현미경 아래에 두고 접안렌즈를 통해 보는 방식이다. 병리의사들은 여러 가지 경우의 수를 고려해 다양한 세포 분석을 직접 했다면, 이제 AR 현미경이 이 과정을 대신한다. 조직 세포 안에서 암세포를 찾도록 훈련된 인공지능 알고리즘 덕분에 가능하게 된 것이다.
현미경은 여기에서 한 발 더 나아가 AR 기술을 더해 감지한 암세포에 이미지 윤곽을 그려 신속하게 암세포를 구별해서 보여준다. 이미 연구원들은 AR 현미경이 유방암과 전립선암을 감지하는 능력을 갖췄다고 설명했다. 또한 암뿐만 아니라 결핵, 말라리아와 같은 전염병까지 검출할 수 있다고 강조했다.
