[기고]"합성생물학, 첨단바이오제조 실증허브부터 구축해야"

최원우 큐티스바이오㈜ 대표 "인프라 태부족...창업도 망설여"

최근 합성생물학이 주목 받고 있다. 과학적, 산업적 측면에서 발전 속도가 무섭게 빠르다.

합성생물학은 미생물이나 생물학적 시스템을 설계하고 재구성해 의약품, 식품, 화학물질 등 다양한 고부가가치 소재와 제품을 생산하는 기술이다.

기술적 발전과 정밀발효 기반 바이오제조 역량 향상으로 전세계 관련 제품시장은 현재 약 1천억 달러(한화 약 137조원) 규모로 성장했다.

최원우 큐티스바이오 대표.

그러나 고수익 구조로 원가 부담이 덜한 제약 산업을 제외하면, 동물사료 보충제나 식품첨가제, 산업용 효소와 같은 분야에서만이 합성 생물학이 규모있는 산업을 형성하고 있다.

아직은 편향돼 있지만, 코로나팬데믹 이후 바이오제조 분야는 다양한 산업영역으로 급속 확장하는 등 제양상이 변하고 있다.

특히, 전통적인 석유화학기반의 생산 방식 대신 유전자 변형 미생물과 생물공정을 사용하는 제품에 대한 수요가 패션, 뷰티산업 중심으로 증가세다.

글로벌 소비재 및 패션 분야 주요 바이오 전환 수요처로 부상하고 있는 LVMH, 커링, 로레알 등 주요 기업들은 오는 2030년까지 지속가능성을 확보하기 위해 바이오 기반 소재 사용에 대한 구체적인 마일스톤을 정했다.

이러한 산업계의 움직임은 바이오 기반 소재에 대한 수요 증가가 일시적인 흐름이 아니라 장기적이고 구조적인 추세임을 보여준다.

실제 2024년 2월, 보스턴컨설팅그룹(BCG)이 발표한 '바이오 제조의 비용 장벽을 허물다(Breaking the Cost Barrier in Biomanufacturing) 보고서에 따르면, 2040년까지 바이오 기반 특수화학소재, 화학 전구체, 식품소재 시장의 규모는 약 2천억 달러(약 270조 원)에 이를 것으로 전망됐다.

바이오메이드 비전. 죽음의 계곡 경로를 나타냈다.(출처: 바이오메이드 홈페이지)

다만, 이 같은 바이오 제조 분야에서의 수요 증가가 현실화되기 위해서는 생산 비용이 시장 경쟁력을 갖출 수 있을 만큼 낮아져야 한다. 합성생물학의 핵심 요소 기술의 지속적인 개발과 유연하고 자동화된 첨단 바이오제조 설비 구축이 필수적으로 뒤따라야 한다는 의미다.

첨단 설비 구축은 사실 리드타임이 길고 초기 투자가 크기 때문에, 수요가 본격화되기 이전 단계에서 선제적인 인프라 투자가 필요하다. 국가 차원의 전략적 지원이 중요한 이유다.

정부도 합성생물학을 국가핵심전략기술로 지정하고, 올해부터 5년간 총 1천300억 원 규모의 ‘바이오파운드리 인프라 및 활용기반 구축사업’을 추진 중이다.

지난 달 세계 처음으로 합성생물학 육성법이 국회를 통과했다. 이에 따라 5년마다 합성생물학 육성 기본계획을 수립해야 한다. 산,학, 연이 참여하는 발전위원회도 구성할 예정이다. R&D를 추진할 연구개발 거점 기관도 지정할 수 있게 됐다. 

생물공학적 요소 기술의 선진화뿐만 아니라, 첨단 산업 인력 양성을 위한 기반 마련을 위한 첫발은 내디딘 셈이다.

그러나 여전히 갈 길이 멀다. 특히, 정밀발효 기반 바이오제조 인프라의 첨단화 수준은 미국, 유럽, 중국 등 주요국에 비해 규모나 투자 면에서 여전히 뒤처진다.

미국은 ‘엔드 투 엔드(End-to-End)’ 바이오 제조 생태계 구축을 목표로 바이오메이드(BioMADE)라는 조직을 설립했다.

'바이오메이드'는 합성생물학 연구와 산업화 사이의 간극을 메우기 위해, 1~10톤 규모의 파일럿 및 데모용 첨단 바이오제조 시설에 대한 투자를 적극 추진 중이다.

스타트업이나 중소기업이 겪는 막대한 초기 고정자본 지출(CAPEX) 및 운영 비용(OPAX)의 부담을 크게 줄여주기 위해서다.

이 같은 정책이 도전적인 바이오 소재의 조기 기술 사업화를 이끌어 합성생물학 산업 생태계 확장의 기반이 되고 있다.

2040년까지 바이오 제품 시장 잠재력과 전망.(출처=BCG 리포트)

반면 우리나라 상황은 녹록치 않다. 신규 바이오 소재의 초기생산용 파일럿/데모 규모의 정밀발효기반 바이오제조 설비 부족이 시장 진출의 가장 큰 걸림돌이다.

바이오 소재의 최종상품화를 위한 다양하고 모듈화된 후공정(DSP) 설비 및 관련된 전문 인력도 제한적이다.

우수한 합성생물학 연구성과와 사업 경험을 갖춘 대기업 연구 인력이 다수 존재하지만, 바이오제조 인프라가 부족하다 보니 창업을 주저하는 경우가 많다.

이로 인해 기존의 합성생물학 스타트업과 중소기업 역시 성장 기회를 제대로 얻지 못한다. 글로벌 시장 진출 역시 큰 제약을 받고 있다.

현재로서는 800톤 이상 대규모 위탁 생산이 필요한 경우, 중국이나 인도 등의 해외 CMO(위탁생산기관)에 의존할 수밖에 없다. 생산 비용 증가와 함께 기술 유출의 위험성도 커지고 있는 실정이다.

이러한 상황을 고려할 때, 우리도 로봇과 AI를 활용한 국가 주도의 정밀발효 기반 바이오제조 실증 인프라인 가칭 ‘첨단바이오제조 실증허브’ 구축을 서둘러야 할 때다.

이 허브가 마련된다면, 관련 스타트업과 중소기업은 막대한 초기 설비 투자 없이도 도전적인 바이오 소재 개발 및 시제품 생산, 소규모 상용화를 시도할 기회를 가질 수 있게 된다.

기술 사업화 시간(Time-to-Market)도 크게 단축할 수 있다.

파일럿 및 데모 규모의 실증 허브는 단순한 생산 설비를 넘어 학교, 연구기관, 중소기업, 대기업 간 협업 네트워크를 구축하는 플랫폼이 될 수 있다.

또한, 로봇 및 AI 기반의 제조 자동화 기술을 집약한 표준 설비 모델로 기능하면서, 관련 로봇·AI 산업 생태계까지 활성화하는 연쇄 효과를 창출할 수 있다.

"제조역량 강화는 글로벌 경쟁력 확보 기본"

대한민국 첨단 바이오제조 역량 강화는 합성생물학 분야에서 글로벌 경쟁력을 확보하는 핵심 기본 전략이다.

정밀발효기반 첨단바이오제조 실증허브 구축과 전문 인력 양성을 통해 바이오제조 역량을 강화해야 한다.

이 일이 이루어지면 혁신적인 바이오소재 및 제품의 상품화가 탄력을 받을 것이고, 국내 바이오제조업의 활성화 뿐 아니라 이 시설을 이용하기 위한 전세계 합성생물학 분야 기업 유입도 기대할 수 있다.

나아가 대한민국 석유화학 기반 제조 구조를 바이오 기반으로 전환하는 계기를 제공할 것이다. 수출 경쟁력 강화와 지속가능한 바이오경제 실현을 위한 중요한 토대가 될 것을 믿어 의심치 않는다.

*본 칼럼 내용은 본지 편집방향과 다를 수 있습니다.