원천소재 확보 용이한 해양으로 세계 바이오산업 이동 중
체계적 토대 위에 집중 투자 필요해
해양바이오산업이란 해양 생물체 내에서 일어나는 현상, 구조 및 기능을 이해하고, 그로부터 얻어진 지식을 활용해 생물체 고유의 기능을 높이거나 개량해 미량으로 존재하는 유용 물질을 대량으로 생산하는 산업을 일컫는다.
해양생물은 전 생물의 약 80%에 해당되는 것으로 추정되며, 해양생명자원은 이용 잠재력이 매우 높아 신물질의 원천으로서 해양생명자원을 확보하려는 국가간 경쟁이 치열하다.
국내 생명공학분야는 지난 10여 년간 정부의 1차 생명공학육성기본계획의 적극적인 추진에 힘입어 비교적 짧은 기간 동안에 가시적인 성과를 창출하면서 괄목할만한 성장을 했다. 따라서 제2차 생명공학육성기본계획(Bio-Vision 2016, 2007~2016)과 연계한 국가 차원의 ‘제1차 해양생명공학육성기본계획(Blue-Bio Tech 2016)’을 수립했으며, 기본계획에는 2016년까지 해양생명공학, 해양생명자원, 과학기술논문, 특허기술경쟁력 등을 목표로 4대 중점분야로 정해 해양생명공학관련 기술을 제시했다.
바이오에너지, 바이오 고분자 소재 시장 형성
해양바이오산업의 규모는 약 18조 원에 이르고 있으며, 해양생물 유래 물질의 기여도가 큰 건강기능성 식품시장과 화장품 시장 등을 고려해 해양바이오산업 시장을 30조384억 원에 이르는 큰 규모로 추정할 수 있다.
전체 해양바이오산업 시장의 45%는 미국이 차지하고 있으며, 우리나라 시장의 비중은 전체의 1.5%~2% 정도의 작은 규모다. 해양생물자원을 활용한 시장으로는 2010년 세계 해양바이오산업의 50%를 점유하고 있는 생체활성물질(Bio-active substance) 관련 시장으로 호르몬, 효소 및 억제제, 해양천연물신약 등을 포함하고 있다.
해양생물자원을 활용한 다양한 제품들의 매출을 고려할 때, 가장 큰 생명공학 시장은 현재 1조6천억 원 가량의 시장을 형성하고 있는 의약품이며, 향후 중요한 역할을 담당할 분야는 미래대체에너지와 바이오폴리머(고분자) 소재일 것으로 예상된다. 따라서 해양바이오 분야도 의약품 시장과 바이오에너지 및 바이오 고분자 소재 쪽이 가장 큰 시장을 형성할 것으로 판단된다.
해양생명공학사업의 시스템 부분 4대 중점분야로 △미래원천기술 조기 확보 △첨단 고부가가치산업 확대 △인프라 확충 및 고도화 △국제협력 및 네트워크 강화를 제시했다. 해양생명공학사업 R&D부문 4대 중점분야 육성은 ‘해양생물기반기술’, ‘해양생물생산기술’, ‘해양신소재개발기술’, ‘해양생태환경보전기술’ 개발을 선정, 추진키로 했다.
해양생명현상 연구 가속화
최근 육상생물에서 새로운 특허원천물질 확보가 급격히 감소추세에 있으며 신약 1건당 연구개발비가 약 10억 달러, 평균기간 14년 소요가 된다. 또한 육상생물의 소재 고갈 등으로 신약의 개발단가가 급등하고 있어 전세계적으로 원천소재 확보가 용이한 해양으로 바이오산업의 중심이 이동하고 있는 추세다.
해양바이오산업은 식품분야 중심에서 화학, 농업, 에너지, 전자 및 환경 분야로 다양하게 확대됐고, 생물정보와 지식의 확보가 중요한 문제로 제기됨에 따라 기능유전체학, 단백질학, 생물정보학, 생물전자공학 분야의 기술개발이 진행되고 있다.
인간유전체 해독 이후 개개의 생물체에 대한 유전체 해독사업은 필수적으로 인식돼 해양생물의 특이한 유전자원을 이용한 기술개발이 더욱 강조되고 있으며 해양생명현상에 대한 연구도 가속화되고 있다.
미국은 국립해양대기청(NOAA)과 과학재단(NSF)등을 통한 미생물관측 탐사 및 지구환경순환에 관련된 미생물의 유전체 연구프로그램을 수행하고 있다.
일본은 해양생명공학연구소(MBI)와 일본해양과학기술센터(JAMSTEC)를 통해 새로운 기능의 유전자원을 확보하려는 선진국의 노력이 본격화 되고 있다.
유럽연합은 BIODEEP(Biotechnologies from the deep) 컨소시엄을 통해 해양과학기술지원 프로그램을 진행하고 있으며, 해양생명자원의 지속적, 경제적 활용을 목적으로 지중해 초고염, 혐기환경의 해저로부터 새로운 물질과 생물다양성의 확보 및 활용연구를 수행하고 있다. 국내에서는 전반적으로 기초 생물학기술의 발전 및 다양한 연구개발의 추진으로 대사체학·단백체학 등 첨단기술이 해양생물에 접목되면서 유전자 기능의 활용, 형질전환기술, 염색체 공학기술 개발의 속도가 높아지고 있는 편이다.
해양생물의 경우 지구상 전체 생물의 80% 이상을 차지하나 그 상업적 이용은 1% 미만에 그쳐 미래세대 해양바이오산업의 무궁한 원천으로 간주되고 있다. 해양생물로부터 상용화된 대표적인 상품으로 면역조절기능물질인 아스타잔틴(Astaxanthin)의 시장규모는 1억9,000만 달러로 연간 8%의 성장률을 보이며, 기능성 소재제품으로는 DNA 증폭 초고온효소(VentTM DNA Polymerase), 기능성 지방산(Formulaid), 수술용 봉합제, 화장품 소재(Resilience) 등이 있다.
또한 프리알트(Prialt)는 열대나 아열대에서 발견되는 바다달팽이(청자고등)의 독성물질을 이용한 진통제로 생산 1년 6개월 만에 2억 달러 판매했으며, 이러한 열대의 극한 생물들 중에는 일반생물에 비해 항암·항균성이 2～9배 높다는 연구도 진행되고 있다.
가장 규모가 큰 분야는 조류산업으로 거대조류(Macroalgae; 녹조류, 홍조류, 갈조류)의 세계 시장 규모는 10조 달러에 달하며, 다시마(500만 톤), 미역(75만 톤), 김(55만 톤) 등 매년 700여 만 톤을 생산하고 있다. 거대조류는 다양한 다당류로 구성돼 있어서 고농도 에탄올 발효가 가능하지 않다고 여겨져 왔으나 구성당의 이용률을 높이는 대사경로 연구 및 유전자 조작을 통해 고농도의 바이오에탄올을 생산하는 재조합 균주 개발이 수행되고 있다.
해양수산부는 미세조류 바이오디젤 분야에 2019년까지 총 49억 원을 지원할 계획이며, 2012년 10월 조류배양 실증플랜트를 인천 영흥도에 준공했다. 따라서 해양바이오산업 육성 방안은 체계적이고 종합적으로 추진할 수 있는 토대가 필요하며 미래 잠재력 등을 감안할 때 향후 집중적인 투자가 요망된다.
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