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최근에 들어 전세계의 주목을 받고 있는 기후변화에 대하여 그 현황과 앞으로의 전망을 소개한다. 기후변화란, 다양한 시간과 공간 속에서 변화하고 있는 지구의 기후에 대하여 그 변화를 총칭하여 가리키는 말이다. 기후변화의 원인은 크게 나누어 내부적 요인과 외부적 요인으로 나뉜다. 전자는 기후시스템 내부에서 발생하는 상호작용을 가리키며, 후자는 자연적 요인과 인위적 요인으로 다시 구분된다. 오늘날의 기후변화에 있어 가장 문제로 되어 있는 요인은 외부적 요인 중에서도 특히 인위적 요인이다. 그리고 인위적 요인에 의한 기후변화의 결과로 인하여, 이상기상 및 지구온난화를 비롯한 각종 지구환경의 악화라는 문제가 발생하고 있으나, 본 강연에서는 이 세가지 문제의 각각 에 대하여 그 원인과 현황을 사례를 들어 소개함과 함께 이를 완화 또는 방지하기 위한 국제적 노력에 대해서도 알아본다. 마지막으로 2002년에 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)에서 발간한 보고서인 “기후변화와 생물다양성”의 내용을 간략하게 소개하는 것을 통해, 기후변화가 생태계 및 생물다양성에 미치는 영향을 알아본다.

바이오촉매란 체내의 갖가지 화학반응이 일어날 때 촉매역할을 하는 물질을 의미하며, 효소가 가장 대표적인 바이오촉매이다. 이외에 특정 효소가 포함된 미생물, 동물세포, 식물세포 등도 촉매로 이용되고 있다. 최근까지 바이오촉매 반응은 상온/상압의 온화한 조건과 수용액 상태에서 일어나는 자연반응을 이용하는 것이 거의 대부분이었으나, 1980년대에 들어서 기존의 바이오촉매 반응의 개념을 벗어난 인위적이고 비자연적인 상태에서의 바이오촉매 반응연구가 활발히 이루어지게 되었다. 최근 들어 효소를 분자촉매의 하나로서 적극적으로 중합촉매로 활용하여 고분자합성분야에 적용한 연구가 교토대학의Shiro Kobayashi 그룹과 미국 Polytechnic Univ.의 Richard A. Gross 그룹에서 체계적으로 진행되어 왔다. 여기에서 효소촉매중합(Enzymatic Polymerization)은 효소를 촉매로 사용한 ｢비 생합성 경로에 의한 in vitro 중합반응｣을 말한다. 근래에는 전자재료용 고분자재료 개발에 있어서 정밀 구조제어의 필요성이 높아지고 있고, 이들에 대응할 수 있는 고분자 합성의 새로운 수법으로써 효소를 활용한 고분자의 중합이 주목되고 있다. 많은 경우에 종래의 합성법으로는 합성이 곤란한 폴리머가 in vitro에서의 효소촉매 작용에 의해 합성되고 있다. 또한, 효소촉매중합은 온화한 조건 하에서의 높은 촉매활성으로 인한 에너지 절약형 특성, 독성이 높은 금속촉매의 비사용에 의한 효소 반응계의 무독성, 많은 경우 천연자원을 출발물질로 활용하는 경우가 많아 생성된 고분자가 생분해성 등 지구환경에 친화적인 고분자 소재의 특성뿐만 아니라 효소를 활용한 중합은 자연계의 물질순환계에서 얻어지기 때문에 고분자 중합에 있어서 그린촉매화학으로서도 기대가 된다. 본 강의에서는 효소 생촉매를 이용하여 바이오매스로부터 유래한 여러 가지 모노머를 이용하여 바이오플라스틱을 합성하는 사례를 소개하고, 이러한 효소 촉매를 이용할 경우의 장단점에 관하여 소개한다.

표적지향성 유전자치료제는 원하는 조직 또는 세포 등 치료대상 부위에서 선택적으로 유전자를 발현시켜 치료효능과 안전성이 진일보된 차세대 유전자치료제로써, 기존 유전자치료제의 큰 단점인 국소 투여의 제한점을 극복할 수 있을 뿐 아니라, 치료효율은 향상시키는 반면에 정상세포에 미치는 부작용은 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 본 연구과제는 질환의 분자생물학적 특성을 밝힘으로서 질환 특이적인 치료 표적을 선정하고 이에 해당하는 표적 특이적 리간드가 접합된 표적지향성 유전자치료제를 개발하고자 한다. 표적지향성 유전자치료제 개발을 위한 핵심기술요소는 나노복합체, 바이러스복합체, 표적 리간드, siRNA로서, 질환별 치료기술의 성격이 높아 기술목적에 부합하여 특화된 제품개발이 가능하고, 또한 원천기술의 확보가 용이하여 기술 확장 효과와 독점적인 기술우위를 점할 수 있는 잇점이 있다. 본 과제의 최종 목표는 병소 조직 특이적 유전자 전달, 발현 조절기술, 표적화 부여기술을 활용한 표적지향성 유전자치료제를 개발하는 것으로서, 다음과 같은 4개의 세부과제로 구성되어 있다: ①생분해성 폴리머젤을 이용한 지속형 표적지향성 유전자치료제 개발 ②특이 항체 부착 리표솜을 이용한 혈액암 표적지향성 유전자치료제 개발 ③Nanocomplex와 종양 선택적 살상 바이러스를 이용한 전신투여형 유방암 표적지향성 유전자치료제 개발 ④표적지향성 전달체를 이용한 siRNA 암 유전자치료제 개발. 본 과제의 1단계 개발목표로서 나노복합체, 바이러스, siRNA를 이용한 표적지향적 유전자 전달 또는 발현 조절 핵심기술을 개발하고 동물 질환모델을 이용한 치료효과를 검증하고자 하며, 2단계에서는 암 치료용 표적지향성 유전자치료제 후보 도출을 통하여 표적지향성 유전자치료제 대량생산 공정을 개발하고 전임상시험에 진입하고자 하며, 3단계에서는 약동력학 분석과 동물독성 시험을 완료하고, 4종 이상 임상시험을 위한 IND 신청 및 완료와 전임상/임상시료를 생산하고자 한다. 현재까지 1단계 1차년의 연구를 진행하였으며, 그 결과 ①유전자 전달용 생분해성 폴리머젤을 제작 및 특성 평가. 유전자- 폴리머 복합체(polymeric complex)의 형성능 확인 및 물리적 특성 분석을 완료. ② 백혈병/림프종 특이적 JL1 항체의 생산. JL1 항체 유전자 기반 minibody형 항체변이체의 제작. 백혈병/림프종 동물 모델에서 면역리포솜의 유전자 전달 효능 연구를 진행하였으며, ③ 나노복합체를 이용하여 아데노 바이러스를 포획하는 기술을 확립하고 암치료 효율이 증대된 종양 선택적 살상 아데노바이러스를 개발하였으며, ④ 고효율의 항암 siRNA 억제제를 개발하고, siRNA-PEG에 표적지향성 리간드를 부착하는 기술을 확립하였다. 표적지향성 유전자치료제 분야는 기존 치료법의 한계를 극복할 수 있는 미래의학의 첨단 분야로 신약 개발의 영역을 넓힐 수 있고 새로운 시장을 형성시킬 수 있는 blue ocean 분야이다. 따라서 본과제가 성공적으로 수행된다면, 고부가가치를 가진 신약 분야를 개척할 수 있으며 제품 및 기술의 수출을 통해 첨단 바이오산업 강국으로 도약할 수 있는 기반을 제공할 수 있을 것으로 생각된다.

바이오제품의 사업화에 요구되는 핵심원천기술 확보를 위하여 바이오기술분야의 국내외 연구동향을 분석하여 지식경제부의 원천기술 확보를 위한 바이오분야의 신규과제 발굴과 기술개발의 가능성 확인을 위한 기초자료를 제공하고자, 바이오관련 논문과 지식경제부과제를 통계/연구하여 그 결과를 분석하였음. 첫 분석으로써 논문자료는 1996년에서 2008년에 제출된 한국생물공학회의 Biotechnology and Bioengineering 논문집의 논문 773편을 이용하였으며, 과제자료는 1996년 12월부터 2007년 9월까지의 지식경제부 과제 181건을 선택하였다. 논문 및 과제를 분석하기 위하여 바이오분야를 3개의 대분 류 (의약바이오/산업바이오/융합바이오) 15개의 중분류, 259개의 소분류로 세분화하였으며, 논문과 과제 모두 소분류까지 분석하였다. 결론적으로 논문은 산업바이오 분야가 가장 많이 출판되었으며 이는 Biotechnology and Bioengineering 논문의 특성이 많이 포함된 것으로 풀이할 수 있다. 또한 과제는 70%정도가 의약바이오분야에 지원이 되었고, 산업바이오분야의 지원이 미미함을 알 수 있었다.

주로 한인이나 아시아인을 대상으로 시작한 미국 시장 진출은 주류 (main stream) 시장으로의 진입을 계기로 성장의 발판을 마련하였다. 소비자에게 익숙하지 않은 식품이 주류 시장에 진입하기 위해서는 체계적이며 현실적인 전략이 필요하였다. 미국 시장 진출 후, 일리노이대학과의 산학협력에 의한 case study를 통해 미국 소비자에 익숙하지 않은 두부제품의 미국시장진출에 대한 과정 검토 및 방향 설정을 제안 받았다. 조사 결과를 바탕으로, 첫째, 브랜드 인지도를 높이기 위해 미국 시장에서 두부 제품을 생산 판매하던 회사를 인수하여 주류시장으로의 진입을 위해 제품 카테고리, 제품 포장 및 생산설비 등을 개선하였다. 둘째, 핵심 제품인 두부를 알리기 위해 콩 단백질이 심장건강에 도움이 된다는 표시를 포장에 부착하였으며 미국 소비자들에게 친숙한 제품에 두부를 접목하여 소비자들의 시도를 유도하면서, 저칼로리, 저지방, 콜레스테롤-free 등을 강조하여 콩과 두부가 건강에 도움이 된다는 정보도 함께 제공하였다. 소비자들에게 가장 친숙한 두유 제품을 통해 브랜드 이름을 알리는 제품으로 소비자들로 부터 자사 브랜드에 대한 접근 기회를 늘리고 브랜드 이미지(신선, 안전, 신뢰 등)를 구축하는데 많은 기여를 하였다. 셋째, 소비자 계층 확대를 위하여 일반 두부에 다양한 flavor와 가공기술을 적용하여 맛과 용도를 다양하게 만들었고 특히, 콩을 원료로 만든 발효제품들은 새로운 제품군을 창출하여 용도 및 소비계층을 확대하였다. 이러한 노력의 결과로 목표고객들로부터 상을 받아 인지도가 향상되었음을 확인할 수 있었으며 향후 목표 고객 확장 및 소비자 인지도 향상을 이루어가는 기초가 되었다. 결론적으로, 해외 시장에서의 성공을 위해서는 세밀한 소비자 분류를 통해 목표 고객에 따른 다양한 전략 수립이 필요하며 특히, 주류 시장으로의 확대를 위해서는 강도 높은 소비자교육이 요구된다. 이와 더불어 브랜드 이미지 구축과 대량 소매를 위한 협력은 경쟁이 심화되는 시장에서 확실한 성공을 위한 중요 요소이다. 창조적인 기술과 제품개발을 위한 역량을 강화하고, 기술개발 투자의 효율성 증대를 위한 방안으로 ‘개방형 기술혁신 (Open Innovation)’이 부각되고 있다. 현지에서의 외부 기업, 대학 등과의 협력으로 아이디어와 기술도입을 위한 기술개발의 원천을 다양화하고 내부 역량을 강화할 수 있는 전략적 체계 확립이 해외 사업 성공을 가능하게 한 중요 요소이다.

석유의 대체원료로 사용될 수 있는 식물성 바이오오일은 콩, 옥수수, 카놀라 등의 다양한 식물로부터 대량 생산된다. 바이오 오일은 탄수화물이나 셀룰로오즈 바이오매스에 비하여 그 화학적 구조와 물성이 기존의 석유와 매우 유사하여 비교적 간단한 반응에 의하여 에스테르 화합물, 지방알콜, 지방아민, 글리세롤 계통의 많은 화학물질 등으로 전환이 가능하다. 바이오오일을 사용하여 기존 석유화학공정을 통해 생산하는 화학소재를 대체할 경우 기존 우리 산업 구조의 취약점인 과도한 석유의존성과 화석연료 남용에 따른 환경오염의 문제점을 해결할 수 있다. ‘바이오오일 유래 친환경 화학소재 생산기술개발’(총괄과제)는 2006 년 11 월 차세대신기술개발사업으로 선정되어 2013 년까지 총 3 단계 7 년 예정으로 진행되고 있다. 본 과제는 BT 기반 친환경 지방산 알킬에스테르생산기술 개발(세부 1 과제; 생산기술연구원, 서울대, 수원대, 한일과학산업㈜, ㈜나라엔텍), 글리세롤의 생물 전환을 통한 3-hydroxypropionic acid 의 생산기술 개발(세부 2 과제; 부산대, 서울대, CTC 바이오㈜), 글리세롤 및 유도체의 생물 전환을 통한 광경화형 아크릴계 유도체 생산 기술 개발(세부 3 과제; 태광산업㈜, 화학연구원), 바이오나노촉매를 이용한 글리세롤카보네이트/유도체 합성 공정 개발(세부 4 과제; GS 칼텍스㈜, 광운대), 바이오 오일 유래 친환경 윤활유 첨가제 및 연료유 첨가제 개발(세부 5 과제: 화학연구원, 이맥솔루션㈜, 에코솔루션㈜) 등, 총 5 개의 세부과제로 구성되어 있고 기업 7 개, 대학 4 개, 연구소 2 개 등 총 13 개 기관이 참여하고 있다. 본 발표에서는 본 과제의 목표와 구성, 그리고 지난 2 년간 얻어진 중요 연구결과를 요약하여 설명한다.

5개 세부 과제의 결과를 요약하면 다음과 같다. 제 1 세부과제는 감도 바이오표면 분석을 위하여 단채널/다채널 SPR/E 시스템을 제작하였다. 실험결과 타원계측 퓨리에상수의 표준편차는 7×10-5 이하, SPR 측정감도 1 RU 이하의 높은 측정 감도를 얻었으며, geldanamycin과 같은 저분자 물질의 측정에도 SPR/E 시스템이 용이하게 활용될 수 있음을 확인하였다. 타원계측법을 이용한 자기조립박막층의 분석을 위하여 MUA SAM의 다층 박막층을 제조하여 두께분석을 통해 생체계면의 SPR/E 분석의 기반기술을 확립하였다. 제 2 세부과제는 “All-optical nanosurgery workstation” 제작 및 운용 기술 개발 및 단일세포 수준 물리적 특성측정기술 및 fs-laser 초미세 공정/수술 장치 활용기술에 중점을 두고 사업을 수행하였다. 특히 돼지 안구에 대한 나노 수술기법 및 수술 장치를 체계적으로 개발하였다. 제 3 세부과제는 기본적 개념이 검증된 나노갭 소자의 제작 기술을 개선하고 이를 이용한 항원-항체 검출 범위의 확대를 추진하였으며 나노갭 소자 제작 기술의 최적화, 갭 소자 집적 기술의 개선, 생체시료에서의 직접 검출, 센서의 응용 범위 확장, 정량 검지를 위한 측정 루틴의 확립, 단백질 고정의 효율성 제고 및 시료전 처리 기술 개선 등을 함하여 추진함으로써 각 요소기술을 완성하였다. 제 4 세부과제는 CARS 바이오현미경/내시경 기술 실용화에 요구되는 핵심기술을 확보하기 위해 2차년도 연구개발목표로 설정한 CARS 현미경의 분자화학종 선택성 향상를 위한 멀티플렉스 분광측정 기술과 내시경 광학표면의 생체 단백질 흡착억제 표면개질 기술 개발이 목표한 수준으로 차질 없이 수행되었다. 제 5 세부과제는 덴드론 박막이 단분자 간의 상호작용력 측정을 보장해 줄 수 있음을 증명하였고, 이를 이용해 다양한 단분자를 탐침의 정점에 도입할 수 있다는 가능성을 보였다. 또한 실험 목적 및 실험에 이용하고자 하는 생분자의 크기에 따라 적합한 덴드론 군을 선택하여 실제 생체 시료에서 단분자 간 상호작용력을 측정할 수 있었다. 결론적으로 레이저, 나노탐침, 나소자를 이용한 단일세포 생체 조직 이미징, 수술, 고감도 센서, 등의 나노바이오 융합 연구를 수행하여 바이오의료 분야의 측정분석, 의료진단 수술 분야의 원천기술를 개발하였다.

세계 의약산업은 연구개발 생산성 저하, 블럭버스터 품목의 특허 만료, 각국의 의료비 절감 방안 등으로 성장률이 점차 둔화되고 있다. 그러나, 중국을 비롯한 인도, 브라질, 러시아, 터키 등 신흥 시장의 부상과 바이오 의약품 시장의 약진 등으로 새로운 사업 기회도 펼쳐지고 있다. 한국의 의약산업은 세계 12 위 권이며 규모로는 세계 시장의 1.4%에 불과하다. 특허를 통한 사업 기회 보호가 그어느 산업보다 뛰어난 의약산업은 신약이라는 연구개발 성과가 주요 성공요소로 작용하고 있다. 그러나 신약개발은 성공확률이 낮고, 개발 기간이 길며, 개발 비용이 높아서 한국은 국내 시장 위주의 제네릭 의약산업에 치중하고 있는 실정이다. 최근 바이오시밀러를 비롯한 바이오의약 산업이 새로운 사업기회로 부상하고 있다. 바이오의약품은 합성신약의 제네릭에 비해 가격, 설비 및 기술적인 측면에서 상대적으로 높은 진입장벽을 유지하고 있어 일부 다국적 제약사들도 꾸준한 관심을 보이고 있다. 한국 의약 산업의 글로벌 경쟁력 확보에는 바이오시밀러를 포함하는 바이오의약 산업이 그 대안이 될 수 있다. 합성의약품에 비해 상대적으로 성공확률이 높을 뿐만 아니라 생산설비 등의 진입장벽이 있기 때문이다. 따라서 한국 바이오의약 산업의 현주소를 조명하고 최근의 연구개발성과를 살펴 봄으로써 발전 전략을 모색한다.

우리나라는 국민 평균 수명이 2010년에 77세로 늘어나게 되고 65세 이상 노인인구도 전체의 10%에 이르는 등 노령인구의 증가로 인한 실버사회의 도래가 전망되고 있으며, 이로 인해 의료기술 및 서비스의 수요가 크게 증가할 전망이다. 또한 건강에 대한 관심의 증가와 함께 개인 맞춤형 진단 및 치료를 위한 의료 서비스의 질적 향상이 요구된다. 하지만 현재의 의료 진단 서비스는 소수 대형 병원들의 대형 장비를 이용한 검사에 의존하고 있으며, 이로 인해 환자들의 경제적 부담을 가중시키고 있다. 따라서 미래의 의료 서비스는 의료비절감을 요구하는 시장의 요구에 따라 중소 병원에서의 임상 병리 검사의 활용도가 증가할 전망이며, 간편하고 신속한 진단과 더불어 환자 개개인에 최적화된 방향으로 진행될 것으로 예상된다. 따라서 미래의 진단기기의 발전방향은 개인화/소형화/로봇화라는 말로 대표될 수 있을 것이다. 이러한 세계적인 추세에 발맞춘 새로운 돌파구로 BT-IT-NT 기술을 접목한 바이오 로봇의 활용이 예상된다. 나노 바이오 기술이 응용된 의료용 지능형 로봇의 개발은 위에서 제시한 높은 검사신뢰도, 장비의 소형화, 경제적인 시약의 사용 등을 만족시킬 수 있을 뿐 아니라, 지능형 로봇 시스템의 이용을 통해 검사 결과의 분석 및 향후 개인별 맞춤형 약제 조제분야에까지 직접적인 연계관계를 가질 수 있을것으로 보인다.

In mammals, melanin production is restricted to the melanocytes of the skin, hair follicles, and eye. Three melanocyte-specific enzymes, tyrosinase, tyrosinase-related protein-1 (TRP-1), and TRP-2 are involved in melanogenesis, in which tyrosine is converted into melanin pigments. The stimulation of melanogenesis resulted from an increase in the activity of tyrosinase, a key enzyme in melanin synthesis. In particular, tyrosinase catalyzes two rate-limiting steps in melanin synthesis : the hydroxylation of tyrosine to 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), and the oxidation of DOPA to dopaquinone. Recently, the development of the whitening with natural products has been widely studied. This study aimed to screen effective samples among natural products by test of melanogenesis inhibition.