
일본이 스마트셀(Smart Cell) 대량배양기술 개발에 속도를 내고 있다.
일본 경제산업성은 기능제품을 창출할 수 있도록 변형한 미생물을 의미하는 스마트셀을 대량 배양할 수 있는 기술을 개발하기 위해 2020회계연도(2020년 4월-2021년 3월)부터 시작할 예정이었던 프로젝트에 대한 예산을 2019회계연도(2019년 4월-2020년 3월) 추가경정예산안에 포함시킨 것으로 알려졌다.
일본기업들이 축적해온 배양 관련 노하우를 디지털화하고 과학적으로 발전시키는데 속도를 낼 방침이다.
일본, 2020년 예산 20억엔 투입
화학합성에서 생물 프로세스로 전환하는 것은 세계적인 흐름이나 일본은 유용 미생물 개발 분야에서 미국에 뒤처진 것으로 파악되고 있다.
따라서 2단계로 알려진 양산기술을 선제적으로 개발함으로써 글로벌 시장에서 경쟁할 수 있는 산업으로 적극 육성할 방침이다.
바이오 생산은 일반적으로 미생물을 설계·구축하는 품종 개발과 육성 환경을 정비해 미생물이 기능제품을 실제 생산규모 수준으로 제조하도록 하는 스케일 업 배양 등 2단계로 구분하고 있다.
현행 배양법의 대부분은 1970년대 개발된 것이며 아직 숙련자의 노하우에 의존하는 부분이 많은 것으로 파악되고 있다.
따라서 일본기업들은 데이터 축적과 인공지능(AI)을 활용한 예측을 도입함으로써 배양법을 더욱 비약적으로 발전시키는데 주력하고 있다.
일본 정부도 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)를 통해 바이오기업이나 스타트업, 연구기관 등으로 이루어진 컨소시엄을 모집하고 개발을 위탁할 계획이다.
2019회계연도 추가경정예산에서 혁신적 환경 이노베이션 전략 가속 프로그램에 계상한 37억엔 가운데 일부를 충당할 예정이며 2020회계연도 예산에서는 해당 사업에 20억엔을 투입할 방침이다.
미국과 경쟁 위해 투자 가속화
대량 배양은 생물 프로세스 적용을 확장하는 핵심적인 기술로 기대를 모으고 있다.
기능제품을 창출하는 미생물을 개발해도 대량으로 배양할 수 없다면 제조코스트를 낮출 수 없어 상업화가 불가능하기 때문이다.
현재는 미생물 개발에서 배양까지 일괄적으로 실시하는 비즈니스 모델이 일반적이지만 미래에는 개발과 생산이 수평적으로 분업화될 가능성도 제기되고 있다. 
화학합성에서 생물 프로세스로 전환하는 작업은 의약품 분야에서 이미 진전되고 있다.
미국은 미생물 개발 분야에서 IT기업들의 막대한 자금력을 통해 압도적으로 우위를 선점했으며 의약품에 이어 식품, 소재, 에너지 등으로도 영향력을 확대하고 있다.
대량배양기술은 미국도 개발에 나선 것으로 알려졌다.
최근에는 게놈 배열을 고속으로 판독하는 시퀀서와 빅데이터에서 최적화된 답을 도출하는 AI, 유전자를 자유자재로 조종하는 게놈 편집기술 등장을 통해 합성 생물학이 급속도로 발전하면서 미생물이 보유한 다양한 기능을 인위적으로 최대한 이끌어내면 어떠한 물질이든 생산할 수 있는 시대가 도래할 것이라는 전망이 제기되고 있다.
생물 프로세스는 화학합성과 달리 상온상압에서 실시할 수 있으며 에너지를 절감하면서 물질을 생산하는 것도 가능한 것으로 파악되고 있다.
경제협력개발기구(OECD)는 제조업이 변화하면서 생물 프로세스 시장이 2030년 약 2000조원대로 성장할 것이라고 예측한 바 있다.
일본은 대량배양기술 개발에 속도를 내면서 미국이 주도하고 있는 기존시장에서 영향력을 확대하는 것을 목표로 하고 있다.
대량생산 실증 플랜트 건설
일본은 스마트셀 대량 배양을 위한 실증에도 나서고 있다.
일본 경제산업성은 식물과 미생물 세포가 보유한 다양한 물질의 생산능력을 인공적으로 최대한 끌어내는 스마트셀을 대량 배양할 수 있는 기술을 개발하기 위해 지원을 강화하고 있다.
일본에 설치한 국제적 바이오 연구기지에 오픈된 양산 실증 플랜트를 정비하고 합성생물학과 스케일업 기술 등을 활용해 사회 적용을 위해 해결해야 할 과제로 파악되고 있는 코스트 저감을 실현해나갈 계획이다.
고기능제품 뿐만 아니라 플래스틱 원료, 연료 등 벌크제품의 바이오 생산 프로세스 적용을 위해 기술 개발도 가속화할 방침이다.
국제 바이오 커뮤니티 권역을 일본에 설치하고 바이오 기술의 글로벌 오픈 이노베이션 기지로 육성한 후 파일럿 스케일로 데모 플랜트를 건설하는 한편 회수·정제 시스템을 디지털로 제어해 유닛화시키는 바이오 파운드리 등을 정비하기 위한 것이다.
스마트셀을 사회에 적용하기 위해서는 실험실 단계에서 상업생산 수준으로 스케일업이 필요하기 때문에 다양한 검토가 요구되고 있다.
헬스케어‧화학‧에너지 프로세스 변혁
스마트셀은 기존 공법으로는 어려운 유용물질 창제와 대량생산성 향상을 가능케 하는 것으로 의료·헬스케어, 화학, 에너지, 식량 등 광범위한 분야에서 제조 프로세스 변혁이 기대되고 있다.
효율적인 대량 배양이 가능하다면 코스트가 낮아지고 고부가가치제품이 아니라도 바이오 생산 프로세스를 상업적으로 이용할 수 있을 것
으로 예상되고 있다.
스마트셀에 주목하고 있는 것은 일본만이 아니며 세계 각국이 다양한 스마트셀을 개발하고 있으나 대량 배양이 어려워 아직까지 상업화된 사례는 없는 것으로 알려졌다.
일본 경제산업성은 2016년 스마트셀 창출에 필요한 기반기술을 정비하기 시작했으며 그동안 게놈 편집기술, 유전자 합성을 위한 합성생물학 등에서 독자적인 기술 개발을 진행하고 있다.
기존에는 미국이 기술을 독점했고 사업화를 위해 거액의 라이선스 사용료를 지불해야 했지만 일본이 독자기술 개발에 성공하면서 경쟁력을 갖춘 것으로 평가되고 있다.
경제산업성은 성과를 발전시켜 사회 적용으로 이어질 수 있도록 지원체제를 확충할 예정이다.
바이오 생산 프로세스는 화학합성과 비교해 상온상압에서 반응하기 때문에 에너지 절감 물질 생산이 가능하다는 특징이 있다.
스마트셀은 제조업의 변혁을 이끌어낼 것으로 기대를 모으고 있으며 경제협력개발기구(OECD)는 2030년 세계시장이 1200조-2000조원에 달할 것으로 예상하고 있다. (K)