합성생물학 - 도구별, 기술별, 응용 분야별 시장 동향을 중심으로

 

금회는 KISTI, ASTI MARKET INSIGHT에 게재된 이도연 선임연구원님의 “합성생물학 - 도구별, 기술별, 응용 분야별 시장 동향을 중심으로”을 전송드립니다 

합성생물학(Synthetic Biology)은 기존 생물학적 시스템을 공학적으로 활용하거나 재설계하는 기술로, 자연에 존재하지 않는 인공생명체를 제작하거나 합성할 목적으로 표준화된 생물학적 구성요소를 조합해서 새로운 생명체나 생명시스템을 설계·제작·합성·구축·조작하는 기술입니다. 합성생물학은 기존 바이오산업의 고속화·대량화·저비용화를 실현하고 의료, 제약, 에너지, 화학, 농업, 식품 등 다양한 산업으로의 활용이 가능한 바이오 제조 산업의 핵심 분야로 주목받고 있습니다.

 

합성생물학 분야에서 활용되는 주요 도구 및 기술과 시장현황을 요약하면 다음과 같습니다

 

① 활용되는 주요 도구

  ▶올리고뉴클레오티드 및 합성 DNA(Oligonucleotides & Synthetic DNA): DNA 합성, 조립 및 설계를 포함하여 합성생물학 산업의 여러 응용 분야에 활용

  ▶효소(Enzymes): 살아있는 유기체의 대사과정을 담당하는 거대분자 생물학적 촉매임. 합성생물학의 다양한 응용(제품이나 서비스)에 필요한 합성 또는 인공 효소로, 효소개발 기술 및 신진대사공학 기술을 포함

  ▶클로닝 기술 키트 (Cloning Technology Kits): 인공 DNA를 생성하고 조립하기 위한 프로세스를 단순화하고 표준화하기 위해 다양한 클로닝 방법론 및 클로닝 기술 키트가 활용

  ▶합성세포(Synthetic Cells): 생물학적 기능을 수행하는데 필요한 기본적인 구성요소를 가진 인공 또는 합성 세포와 생물학적 세포를 모방한 세포를 통칭

  ▶섀시유기체(Chassis Organisms): 원하는 제품이나 서비스를 만들기 위해 물리적으로 조작된 유전자 구성요소를 수용하여 전사(transcription) 또는 번역(translation) 등으로 조작되는 유전자 프레임워크를 기능적으로 지원하기 위해 구성되는 모델 유기체

  ▶이종핵산(Xeno-nucleic Acids): 광범위한 합성생물학 응용 분야에 천연 핵산 대신 합성 핵산(DNA 및 RNA)을 사용

 

② 활용되는 주요 기술

  ▶ 유전자 합성(Gene Synthesis): 실험실 또는 연구 환경에서 유전자의 인공 합성 또는 DNA 인쇄를 가능하게 하는 방법으로 구성

  ▶게놈 공학 및 편집(Genome Engineering and Editing): 합성생물학 적용을 위해 핵산서열 조작을 가능케 하는 다양한 생명공학 방법을 포함

  ▶시퀀싱(Sequencing):  다양한 응용 분야에 사용되는 DNA/RNA 샘플 내 뉴클레오티드의 정확한 순서를 결정하는 프로세스를 포함하는 기술

  ▶생물정보학(Bioinformatics): 대량의 분자생물학 또는 생물학적 데이터베이스에서 정보를 추출하고 서열 또는 구조 분석을 수행하도록 설계된 소프트웨어 도구 (유전적 또는 단백질 아미노산 조성을 비교하는 간단한 도구부터 대규모 DNA 또는 단백질 구조 결정을 

   위한 정교한 소프트웨어에 이르기까지 다양한 응용 분야에 활용)

  ▶클로닝(Cloning): 재조합 DNA 분자가 생산된 후 숙주 유기체로 변형되어 세포복제를 일으키는 과정에서 프로세스를 단순화하고 표준화된 방식으로 기본 DNA 부분에서 새로운 유전 모듈/경로의 구축을 촉진하는 데 필요한 기술로 DNA 단편과 복제를 위한 모든 

   구성 요소를 포함하는 벡터/플라스미드 백본으로 구성

  ▶부위지정 돌연변이 유발(Site-Directed Mutagenesis): 유전자 내의 표적 변화 도입을 위해 부위 지향적 돌연변이 유발(Site-Directed Mutagenesis)을 사용하는 기술

  ▶측정 및 모델링(Measurement & Modeling): 산업 내에서 측정 및 모델링 응용 프로그램을 위한 방법으로 구성 (생화학적 결합 친화도 측정, 단백질 사이의 상호작용 평가를 위한 반응성 평가, DNA와 염색체 단백질 사이의 서열 특이적 상호작용, 세포 구성요소의 

   분자 구조를 결정하기 위한 지질-단백질 복합체 분석 등)

  ▶미세유체학(Microfludics): 미세 규모 장치 내 생물학적 콘텐츠의 흐름을 정밀하게 제어하고, 합성생물학적 시스템을 구축하는 데 필요한 기술로, 유전자 조절, 세포 내/외 대사산물 검출, 대사산물의 칩 외부 검출 및 전체 세포 분석의 역학을 이해하는 데 활용

  ▶나노기술(Nanotechnology): 원자와 분자 수준에서 물질을 조작할 수 있는 나노 규모 기술로, 생물학적 시스템에서 구현될 인공 구조용 구성 요소를 제공하는 데 활용  (예를 들어, RNA 나노장치는 인공 리보 스위치로 활용될 수 있거나, 인공 또는 생물학적 

   세포는 RNA 기반 나노구조의 생산과 복잡한 다단계 나노 조립을 제어하는 데 활용 가능함)

 

③ 주요 도구 및 기술별 시장현황

  ▶ 주요 도구에 따른 합성생물학 시장

  - 2022년 올리고뉴클레오티드와 합성 DNA가 가장 큰 시장점유률(46.2% )을 나타냄

  - 이는 주로 산업 전반에 걸쳐 합성 DNA, 합성 RNA 및 합성 유전자에 대한 수요 증가에 기인함

  - 다음으로 시장점유율은 효소(18.9%), 클로닝기술키트(13.1%), 섀시유기체(5.3%) 순임

  - 한편 연평균 성장률은 올리고뉴클레오티드와 합성 DNA (26.9%)>합성세포(26.7%)>효소(26.1%) >클로닝기술키트(25.3%)>섀시유기체(24.7%)>이종핵산(20.0%) 순임

  ▶주요 기술에 따른 합성생물학 시장

  - 2022년 유전자 합성이 가장 큰 시장 점유율(27.7%)을 나타냄

  - 이는 주로 다양한 산업 전반에 걸쳐 합성 DNA, 합성 RNA 및 올리고뉴클레오티드에 대한 수요 증가, 치료제 개발 증가, 다양한 유전자 합성 기술의 발전 등에 기인함

  - 다음으로 시장점유율은 게놈 공학 및 편집(15.0%), 시퀀싱(12.5%), 생물정보학(11.3%)순임

  - 한편 연평균 성장률은 게놈 공학 및 편집(29.4%)>유전자 합성(26.2%)>시퀀싱(26.0%)>클로닝(25.7%)>생물정보학(23.9%)>부위지정 돌연변이 유발(22.7%)>나노기술(21.4%)>측정 및 모델링(18.2%)>미세유체학(16.5%) 순임

  ▶응용 분야 별 합성생물학 시장

  - 의료응용부문, 산업응용부문, 식품 및 농업 응용부문, 환경응용부문 중 의료응용부문이 가장 큰 점유율(44.4%)을 차지

  - 의료응용부문은 세부적으로 의약품, 신약 발굴 및 치료제, 인공 조직 및 조직 재생으로 구분되는데, 의약품이 가장 큰 비중(59.3%)을 차지

  - 산업응용부문은 최근 바이오 연료 및 재생 에너지 분야의 연구 증가로 두번째로 큰 점유율(34.5%)을 차지

  - 한편 연평균 성장률은 신약발굴 및 치료제(31.4%)>의약품(27.9%)>산업응용(24.1%)>인공 조직 및 조직 재생(23.7%)>식품 및 농업응용(22.0%)>환경응용(15.9%) 순임

 

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