3. 생물공학의 현황 -1

이전 포스팅을 통해 역사 속 생물공학의 발전 과정을 역사로 풀어 확인해 보았습니다. 이어서 생물공학의 역사 중 가장 최근 상황이 어떤지 분야별로 나누어 알아보겠습니다.

 

A. 제약 분야

생물공학 기술 개발에서 가장 활발하게 이루어지고 있는 분야는 제품의 부가가치가 높은 의약품 생산 분야라고 할 수 있습니다. 여기에는 인간 성장호르몬, 항암제 인터페론, 혈전 용해제(단백질 분해 효소), IL(interleukin-면역반응에 관여하는 세포 간의 신호를 전달하는 일종의 당단백질), EPO(erythropoietin-주로 신장에서 분비되는 당단백질로 적혈구 생산을 조절하는 호르몬이며, 빈혈치료제로 쓰임), 다양한 의약품 효소 및 백신 등이 포함됩니다. 또한 가축의 바이러스 질환에 대한 백신 연구, 기존 항생제, 비타민, 스테로이드, 호르몬의 생산성 향상, 고성능 분석 또는 진단을 위한 시약 개발에도 주력하고 있습니다. 특히 항생제 생산 분야에서는 일반적인 질병 치료제보다는 항암제, 백신, 에이즈 치료제 개발에 집중하고 있으며 면역 관련 물질 생산에도 관심이 많습니다. 일반적으로 항생제 개발은 우리 건강과 밀접한 관련이 있으며, 대부분 비용이 많이 들기 때문에 생물학 산업이 추구하는 방향과 일치하는 경우가 많습니다.

 

B. 발효 및 식품 산업

아미노산, 유기산, 핵산 관련 물질, 다양한 효소, 곤충 호르몬, 식물 호르몬 등 생리 활성 물질의 생산에 관한 연구가 인용되고 있습니다. 기존 발효 산업에서는 에탄올, 아세톤, 구연산, 글루콘산 등 분자량이 상대적으로 작은 화합물이 대부분 생산되었습니다. 하지만 점차 생리 활성을 가진 고분자 물질 생산으로 전환되고 있습니다. 즉, 아미노산, 비타민, 효소, 스테로이드, 항생제 등의 생산을 중심으로 발효 산업이 발전했습니다. 특히 항암제, 면역 관련 물질, 생리 활성 물질, 식품 첨가제용 고분자 물질의 대량 생산에 주목하고 있습니다. 지금까지 개발된 수많은 물질 외에도 새로운 물질을 찾기 위한 노력이 계속되고 있습니다. 이 분야는 현재뿐만 아니라 가까운 미래에도 생물공학 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 포도당 이성질화 효소는 식품 산업에서 획기적인 효소로 사용되고 있지만, 전분에서 포도당 생산은 오랫동안 일반화되어 왔지만, 포도당 이성질화를 통해 과당 시럽을 생산하는 역할을 하고 있습니다. 동물성 레넷을 대체하는 미생물 기원의 응집제 원소인 레닌의 개발로 저렴한 치즈 생산의 길이 열렸습니다. 또한 식품 및 주류 산업에서 당화에 사용되는 아밀라아제, 위장약에 사용되는 아밀라아제, 프로테아제 및 리파아제, 세제 산업에서 사용되는 프로테아제, 리파아제 등이 산업화하여 있습니다.

 

C. 화학 산업 부문

화학 공정에서는 기존 공정을 친환경 공정으로 대체하고 에너지를 절감하기 위한 방법으로 바이오리액터의 도입이 추진되고 있습니다. 예를 들어, 바이오리액터를 통해 특수 지방산을 생산하고 생물학적 살충제나 제초제 등 유용한 물질을 생산하며 반합성 방법을 개발하는 등 화학 합성 반응에 비해 수율과 에너지 효율을 향상하기 위한 노력이 이루어지고 있습니다. 그동안 발효조를 비롯한 다양한 바이오리액터의 개발로 인해 다양한 생화학 공정이 산업화하여 왔습니다. 1960년대부터 시작된 고정화 효소 연구에 따른 생화학의 발전으로 다양한 종류의 바이오센서 개발이 많은 주목을 받고 있습니다. 또한 일부는 신소재 개발 효소 고정화 기술 개발, 검출기 개발 등을 통해 실용화되고 있지만 효소 활성 안정화 문제가 걸림돌이 되고 있습니다. 최근에는 발효조에서 발생하는 온도, pH, 용존산소, 기질 소비, 제품 검출, 미량 성분뿐만 아니라 배출 농도를 측정할 수 있는 바이오센서 개발이 진행되고 있습니다. 임상 진단을 위한 효소제의 개발 및 사용도 중요한 관심사가 되고 있습니다. 향후 대중문화에 적합한 발효조를 설계하고 배양에 관여하는 다양한 인자를 즉시 확인할 수 있는 센서를 개발하여 최적의 조건에서 발효를 진행할 수 있도록 해야 합니다.

 

D. 에너지 부문

에너지 분야에서는 석유 자원 고갈에 대비해 고구마, 감자, 타피오카 등 녹말을 원료로 한 연료용 알코올의 대량 생산과 활용, 사탕수수, 팜유 등 광합성 효율이 높은 에너지 플랜트나 석유 성분과 유사한 유칼리 속 식물 등의 이용이 필요합니다. 또한 광합성 능력을 갖춘 클로렐라 등 조류의 활용, 광합성 박테리아에 의한 수소 대량 생산, 산림자원, 농축산물 폐기물, 도시 폐기물 등의 에너지 전환 기술이 필요합니다.

 

E. 환경 오염 및 폐수 처리

산업 발전과 생활 수준 향상으로 인해 환경 오염이 심화함에 따라 이에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 환경 오염을 줄이기 위해 생분해성 포장재와 코팅 재료의 개발, 산업화, 도시화 연구가 진행 중이며, 각종 폐유, 산업 폐수, 가정 하수의 폐수 처리 공정을 개선하고, 지울 수 없는 유해 물질을 분해하고 정화하기 위해 미생물의 사육 및 사용에 관한 연구가 진행 중입니다.

 

다양한 분야의 생물공학 현황을 살펴봤습니다. 분야별 생물공학의 역할이 생명과 밀접하게 연관되어 발전하고 있는 것으로 나타났습니다. 다음 포스팅에서도 생물공학의 현황을 계속 알아보도록 하겠습니다.