바이오소재 산업화 위한 세포공장 시스템 구축
생명공학 분야의 합성생물학 발전에 획기적 발판
국내 농생명자원 유래 고유 줄기세포 원천기술 확보

바이오소재 대량생산 연구 앞장
“그동안 지속적인 투자로 많은 발전을 이룬 농업생명공학 분야는 산업용 합성생물학뿐만 아니라 유전자 편집기술 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 최근에는 그에 대한 실용화가 기대되면서 주목을 받고 있는 분야입니다. 특히 슈퍼컴퓨터 도입으로 최근 급속히 증가하는 빅데이터(대사체, 유전체 등) 양은 그동안 불가능했던 고부가 기능성 생합성 경로 구명을 가능하게 했습니다. 
이에 따라 줄기세포 배양을 합성생물학 원천기술 확보에 이용함으로써 앞으로 농촌진흥청이 세계적인 선도 연구소로 거듭나는데 밑거름이 될 것이라고 확신합니다. 뿐만 아니라 향후 농업생명공학분야의 산업화 접목 경향은 가속화할 것이라고 봅니다.”

농촌진흥청 국립농업과학원 생물소재공학과 박종석 연구관(59)은 농진청 내에서도 바이오 소재 대량생산을 위한 식물세포 기내배양기술 개발에 앞장서온 대표적인 연구자다. 
박 연구관은 말라리아 치료제인 ‘아르테미시닌 대량생산용 인진쑥 줄기세포 유래 뿌리 배양방법’ 등 3건을 산업재산 등록한 것을 비롯해 전용실시 2건과 통상실시 2건 등 기술 이전을 이뤄냈다. 또한 토종 인진쑥에서의 말라리아 치료 물질 대량생산 기술 개발 등을 주도하면서 이 기술의 홍보성과도 꾸준히 이어왔다.

개발기술 산업체 이전으로 로열티 절감
“2017년 나고야의정서가 발효됨에 따라 산업용 농생명 바이오소재의 해외 의존도가 높은 우리나라는 원재료뿐만 아니라 이를 이용한 제품의 수익에 대해 이익을 서로 나눠야 하는 상황이었습니다. 이에 따라 연간 5000억 원 이상의 추가 지출이 예상됐습니다. 또한 국내 화장품회사, 제약회사, 바이오소재 회사들의 채산성도 심각한 문제로 다가왔어요. 
그런 문제 등으로 농진청의 바이오소재 개발 연구에 대한 산업체의 수요가 최근 급증하고 있는 추세입니다.”

“그런 만큼 저와 동료들이 국내 농생명자원에서 유래한 고부가 기능성 소재 대량생산 기술을 개발하고, 이를 관련 업체에 기술이전 함으로써 바이오소재 국산화를 통한 로열티 유출 억제에 기여하고, 국내 바이오소재회사들이 거대한 글로벌 바이오소재시장에서 경쟁력을 갖고 진출하는 계기를 마련했다고 봅니다. 특히, 고부가 기능성소재 글로벌시장이 연평균 7.2%의 성장세를 보이는 것을 감안할 때, 국내 고유의 농생명자원을 보유하고 이를 바이오소재화 하기 위한 연구를 수행하고 있는 농진청의 역할과 기여는 더욱 크다고 할 수 있습니다.”

식물 유래 바이오소재 산업화 선도
농진청 외에도 그동안 바이오소재 생산을 위한 식물세포 기내배양 연구는 여러 곳에서 시도됐다. 그렇지만 지속적인 대량생산을 목적으로 세대 진전용 계대배양 시 기능성 성분이 사라지는 문제점으로 많은 연구들이 산업화까지는 이르지 못하는 상황이었다.

그런 가운데 박 연구관과 동료들은 식물세포 중 미분화 캠비움(Cambium. 형성층 : 살아있는 세포층으로 이뤄진 부피생장이 일어나는 곳) 세포를 분리해 줄기세포로 배양하고, 줄기세포 특유의 페록시다아제(peroxidase : 과산화효소) 활성을 확인했다. 또한, 대량생산을 위한 계대배양이나 세대진전 시에도 고부가 기능성 소재를 지속적으로 생산하는 강력한 활성을 확인한 것이어서 그 의미가 크다는 평가다.

산업체 맞춤연구로 관련산업 발전에 기여
“바이오소재회사들의 강력한 연구 요구가 기술개발의 원동력이었습니다. 지난해에는 기내세포 배양기술 등 2건의 특허를 기술 이전하기도 했습니다. 현재도 로즈마린산(항산화물질) 대량생산 들깨 줄기세포 등의 기술은 산업체에 이전 협약을 완료했거나 또는 진행 중에 있습니다.”

그동안 수많은 글로벌 제약회사들이 고부가 기능성 약리활성을 가진 것으로 알려진 테르펜(Terpene)계 이차대사 바이오소재를 합성생물학기술을 활용해 기내에서 대량생산 연구에 집중해오고 있다. 하지만 테르펜계 물질들은 뛰어난 기능성에도 불구하고 생합성 경로가 복잡하고, 관련 합성효소들이 아직 알려지지 않아 합성생물학 기술을 이용한 산업화는 여전히 어려운 실정이다.

“저와 동료들은 발상의 전환을 통해 테르펜계 물질이 풍부한 농생명자원 유래의 줄기세포를 이용했습니다. 테르펜계 물질 생합성 효소 관련 신규 유전자 분리와 기능성 검정을 통해 지금은 세계적인 연구소로 발돋움을 시도하고 있습니다. 또한, 원천기술을 활용한 각 산업체별 맞춤형 연구로 고부가 기능성 물질 대량생산기술 산업화는 가속화될 것으로 예상합니다.”