지난 1월 1일, 우리 대학은 생명공학대학 소속 생명공학연구원에 바이오파운드리 연구센터를 개소했다. 우리 대학은 국내 최초로 바이오파운드리 플랫폼을 구축한 이 분야의 선두주자라고 해도 과언이 아니다. 바이오헬스 분야 신산업 창출과 유니콘 기업 성장을 위한 바이오신소재 개발에 앞설 것으로 기대된다. 연구센터는 바이오신소재 생산과 관련된 새로운 프로젝트를 탐색하거나 바이오신소재를 고속으로 스크리닝 할 뿐만 아니라, 대사공학과 합성생물학의 원천기술을 도입하여 산업미생물 등을 초고속으로 개발하고 꿈의 바이오신소재를 합성하는 등 관련 기술의 상업화에 앞장설 예정이라고 한다. 더 자세한 이야기를 듣기 위해  바이오파운드리 연구센터의 초대 센터장 우한민 식품생명공학과 교수를 인터뷰했다.

Q. 바이오파운드리 연구센터

바이오파운드리 연구센터에서는 로봇의 힘을 이용해 무인으로 바이오소재를 개발합니다. 그래서  빠른 속도로 다양한 바이오소재를 직접 합성하거나 미생물을 통해서 생합성할 수 있습니다. 우리 연구센터에서는 고속의 바이오소재를 효율적으로 연구하기 위해서 자동화 로봇 플랫폼을 구축하고, 해당 플랫폼에 맞는 워크플로우를 설계하여 다량으로 빠르게 산업균주의 개발을 진행하고 있습니다. 향후 바이오파운드리를 통하여 바이오헬스 분야의 바이오신소재를 초고속으로 개발하고자 합니다.

‘바이오파운드리’라는 대사공학, 합성생물학 분야에서 촉망받고 있는 시스템이 구축된 것은 상당히 의미 있는 일이라고 생각합니다. 이제 막 구축된 이 시스템을 어떻게 활용하고, 다양한 분야와의 협력을 통해 효용 가치를 더 이끌어낼 수 있을지에 대한 아이디어가 필요한 시점입니다. 많은 교수님과 대학원생 그리고 학부생들의 관심이 필요합니다.

바이오파운드리는 간단히 말해서 생물학과 로봇 기술, IT 분야가 융합된 융합학문입니다. 주요 연구 내용은 로봇과 미생물의 공통점을 이용해 산업미생물을 개발하는 것입니다. 산업미생물 개발 시 DNA 합성, 자동화된 DNA 형질전환 등의 반복되는 과정에서 로봇의 힘을 빌리고, 최신 유전자 편집 기술을 동원하여 기존의 방법과 차별화된 방법으로 연구를 진행합니다.

Q. 연구 내용 중 ‘산업미생물’이 나옵니다. 그것은 무엇인가요.

산업미생물은 산업적으로 특정 물질 생산을 위해 이용되는 미생물을 말합니다. 예를 들어, 발효생명공학에서는 사료용 아미노산을 생산하기 위해 MSG를 만드는 것으로 유명한 ‘코리네박테리움 글루타미쿰’이라는 균주를 사용하고 있습니다. 우리 연구센터가 개발하고 있는 ‘바이오신소재’는 이러한 산업미생물을 포함한 지구상의 모든 생물체에서 생산하고 있는 물질 또는 그 세포를 직간접적으로 이용하여 소재나 자원으로 활용하는 것입니다.  이처럼 바이오파운드리의 생산물과 산업미생물은 상업화와 큰 관련이 있습니다. 우리 연구센터에 설치된 로봇 플랫폼을 적극적으로 활용하면 시간과 노동의 제약 없이 바이오 산업 분야 발전의 추진력을 얻을 수 있을 것으로 기대합니다.

바이오신소재란 산업미생물 그 자체가 될 수도 있고, 그로부터 생산되는 대사산물이 되기도 합니다. 바이오신소재는 현대에 화학적으로 생산하던 기존 제품과 소재를 대체하기 위해 개발되고 있습니다. 실생활에서 친근하게는 염료, 감미료, 건강기능 식품과 같은 것에 사용되며 의약품, 기능성 효소, 생체적합성 소재의 원료 또는 상품으로도 사용되고 있습니다. 최근에는 바이오플라스틱을 개발하거나 전자소재부품에 사용되는 여러 화학소재를 바이오기술을 통해 만들어낼 수 있습니다.

Q. 바이오신소재 개발 과정이 궁금합니다.

연구자는 목표에 맞추어 필요한 실험에 따라 워크플로우를 설계하고, 소재생산을 위한 원재료를 디자인합니다. 목표로 하는 바이오소재를 효율적으로 생산하는 미생물을 얻기 위해서는 미생물의 대사과정을 유전적으로 조작하는 과정이 필수적입니다. 이 과정을 진행하기 위해서 DNA의 정보를 가공하거나 다양한 소프트웨어를 적용합니다.

이후 워크플로우 설계도를 자동화된 로봇 플랫폼에 적용하여 실제 생물학적 실험을 그대로 구현하고, 로봇 플랫폼을 이용하여 실험을 진행합니다. 실험의 결과물로 바이오소재를 생산하는 미생물을 개발할 수 있습니다. 또한 실험에서 얻은 바이오소재의 평가도 진행됩니다. 이 과정을 통해 얻은 데이터를 분석하고, 결과에 따라 추가 실험의 진행 및 결과 데이터의 활용 방안을 검토해보는 것으로 연구가 진행됩니다.

우리 연구센터는 바이오파운드리의 협력을 도모하는 글로벌바이오파운드리동맹(Global Biofoundry Alliance)의 정식 회원으로서, 인류가 직면하고 있는 문제를 포함한 ‘그랜드 챌린지’ 국제 공동연구를 수행할 예정입니다. 또한 클라우딩 데이터 공유 기술과 표준화된 바이오파운드리 운용 플랫폼을 활용함으로써 체계적인 오픈 바이오파운드리를 구축하고, 이를 기반으로 기업과의 연계를 통해 바이오신소재의 개발 및 바이오신소재 분야의 글로벌 유니콘 기업 건립을 위한 스타트업을 양성할 예정입니다.

Q. 연구원들과 후배들에게 한 말씀 부탁드립니다. 

현재 바이오파운드리에서는 연구원의 힘으로만 수행하던 학문적 한계를 넘어 무인으로 많은 양의 연구를 수행하고 있습니다. 특히 다양한 의약, 식품, 효소 산업에 사용된다는 점에서 많은 사람들이 관심을 가지는 분야입니다. 미래의 생명공학연구는 우리 연구센터가 지향하는 바와 같이, 최신 생명공학기술, AI인공지능, 로봇기술 그리고 빅데이터를 활용하는 연구가 될 것입니다. 후배 여러분들도 최근 트렌드에 따라 기본을 충실히 다지고, 대사공학과 유전공학 툴을 통해 여러 분야 곳곳에서 성공하는 미래 대사공학 전공자가 되기를 기대합니다.

(왼쪽 사진 출처: DOI: 10.3389/fbioe.2015.00135)