4. BIT(Bio-Information Technology) 융합기술 (1) BIT 융합기술의정의바이오-정보기술은 정보기술을활용하여생체및생명현상에관한정보기기와소프트웨어및컨텐츠를개발, 공유, 서비스하는첨단응용기술분야 이다. 바이오-정보기술은정보기술을활용한바이오정보의신속한추출및축적과관련되는바이오인포매틱스기술분야와바이오기술을 IT분야의제품개발에접목한바이오일렉트로닉스기술분야로나눌수있다 ( 한국전자통신연구원, 2002). 자료 : http://webby.ctaalliance.org/mcbi/bioit_presentations.html, Presentations from the Bio-IT Workshop, 2003 그림 1 BIT 의활용사례 최근생명과학의발전은새로운분자생물학실험기법의발달및 HTS(High Throughput Screen System: 대량분석기술 ) 기술의발전으로인하여엄청난데이터들을쏟아내고있다. 데이터, 정보, 지식으로이어질수있는일련의과정속에는생물학의수준높은이해도뿐만이아니라, 데이터관리, 정보가공, 지식창출로만들수있는컴퓨터과학기술및확률적접근방법들이필요하다. 최근 Human Genome Project 의성공적인진행, DNA microarray 실험기술의발달, SNP(single nucleotide polymorphism) 연구의중요성들로인하여생물정보학분야는그중요성이더욱더부각되고있다. 이들연구성과들은궁극적으로생명현상의이해라는커다란인류의과제에많은결과물들을제공
할것이며그과정속에서인간질병의근원에대한이해, 그치료방법등에대한많은정보들을제공할것이다. 바이오인포메틱스가 BT 연구에본격적인영향력을발휘하기시작한것은 1980년대후반으로개별과학자들이발견한여러생물의 DNA 정보를수록하는공공의데이터베이스가만들어지면서부터라고할수있는데, 이들중가장대표적인것이미국의 NCBI(National Center for Biotechnology Information) 에서관리하는 GenBank이다. 신약개발에있어서유전정보를데이터베이스로만드는바이오인포메틱스가더욱중요시될것이며, 인간에게이식해도거부반응을일으키지않는유전자를변형한동물의장기가향후면역학발전이이루어짐에따라대량생산될가능성이있다. 대량획득되는바이오데이터의최대부가가치창출을위해서는대용량바이오데이터로부터유용한지식정보를자동적으로추출해내기위한효율적인통합분석기술이필요하며, 다양한형태로분산되어있는바이오데이터및문헌정보를통합하여연동및검색, 관리하는기술이매우중요하다. 또한바이오정보가페타바이트급으로증가하고있음에따라 SAN(storage area network), NAS(network attached storage) 등의저장장치를활용하여대용량정보를저장관리하는기술이요구되며, 미래의고부가가치성산업인신약개발및의료진단분야에바이오인포매틱스기술을효과적으로활용할수있도록각분야별응용지원기술의개발이시급하다. 현재까지는인간을비롯한각종미생물및동식물의유전자서열과지도를얻어방대한양의데이터를만들어축적하는연구가주류를이루고있다. 추후이들데이터를토대로유전자와단백질의기능을밝히고여기에서나온결과를새로운의약및치료법개발등에이용하는연구가중심이될전망이다. (2) BIT 융합기술의유형 1) 바이오칩바이오칩기술은생명공학분야에가장근간이되는기술중하나로생물학적활성을갖는생체분자를고체상태의소형박막에고밀도로부착하여반도체칩형태로제작한것을말한다. 엄청난생물정보를해석하는생명공학연구툴로서뿐만이아니라질병진단, 초고속신약개발등에반드시필요한기술이다. 바이오칩은크게마이크로어레이 (microarray) 와마이크로플루이딕스칩 (microfluidics chip) 으로구분할수있다. 마이크로어레이는수천혹은수만개의 DNA, 단백질, 탄수화물, 펩타이드등을일정간격으로배열하여붙이고분석대상물질을처리하여결합양상을분석할수있는칩 (DNA칩, 단백질칩 ) 을말하며, 마이크로플루이딕스칩 ( 또는 Lab-on-a-chip) 은미량의분석대상물질을흘려보내면서칩에집적되어있는생물분자혹은센서와반응하는양상을분석할수있는칩을말한다. 세계적인거대전자업체들이기존의반도체사업을바탕으로 DNA 칩검출분석기술개발을전개하고있는실정이며, 현재는단백질칩 (Protein chip), 셀칩 (Cell Chip), 메타볼
릭칩 (Metabolic chip), 랩온어칩등차세대바이오칩개발에주력하고있다. DNA chip의확대보급에따라신약개발, 환경모니터링, 식품검사용으로의응용도가능하며, 기존의 IT 와결합하여재택진료및 e-doctor 등의미래생활이앞당겨질전망이다. 2) 바이오인포매틱스기술바이오인포매틱스기술은생명과학에의해생성된다양한생명현상의정보를통계적, 전산적인방법을이용하여저장, 분석, 활용하는기술로신약개발, 질병진단및치료, 농산물품종개량등유전자정보를고부가가치산업에활용하기위하여생명공학전반에관한데이터를다루는종합적인분야이다. 인간게놈지도의완성등생명체에대한이해와함께각종분석및정보기술의발달등으로인해생물체및생물체를구성하고있는물질들의구조에대한이해와관련정보의축적이가능해졌다. 바이오의정보량은초고속계산기의처리성능을초월하므로바이오기술의성패는방대한정보에서얼마나빨리유용한정보를추출하고이를제품화하느냐에달려있고, 따라서컴퓨터, 정보통신기술의발달을통한효과적인네트워크형성과데이터베이스활용이기술발전의원동력이될것이다. 바이오인포매틱스기술분야는바이오데이터처리기술, 바이오데이터마이닝기술, 바이오데이터통합관리기술, 바이오인포매틱스응용서비스지원기술을포괄한다. 그림 2 바이오인포매틱스개념 표 1 바이오인포매틱스기술분야의내용 기술명바이오데이터처리기술바이오데이터마이닝기술바이오데이터통합관리기술바이오인포매틱스응용서비스지원기술 내용 다양한형태의바이오데이터를처리하여분석이용이한형태로변환하고시각화하는기술 바이오데이터를분석하여내제된패턴을찾아내어유용한지식을생성하는기술 분산되어있는다양한형태의대용량바이오데이터를저장, 관리하고통합검색하는기술 통합관리된바이오데이터를각종응용분야에활용하는기술
3) 바이오일렉트로닉스기술바이오일렉트로닉스기술은생체물질과마이크로소자를결합하여새로운개념의소자를만드는기술로바이오센서등생체물질과전자공학을결합한분야, 나노바이오소자및나노소재를이용한질병진단및치료기기 (LOC 등 ), 바이오 MEMS( 미세기전집적시스템 ) 등이이분야에포함된다. 바이오-정보융합기술의개발초기에는정보기술분야가바이오기술분야의성장을견인하지만바이오산업이성숙단계에이르면바이오기술을정보기술분야의제품개발에접목하는식으로변화가이루어질것이다. 예를들면생명체의유전자와같은방식으로정보를처리하는컴퓨터, 지능을가진로봇, 인체내장형컴퓨터등이등장할것이다. 바이오일렉트로닉스기술분야는바이오정보처리소자기술분야와바이오정보단말기술분야의 2개기술을포괄한다. 표 2 바이오일렉트로닉스기술분야의내용 기술명 바이오정보처리소자기술 내용 질병을감지, 진단, 치료하는소자를연구하는기술 바이오진단모듈및시스템기술 ( 휴대형바이오센서, 바이오칩, 진단 / 처치복합용의료기기등의소자및시스템기술 ) 바이오컴퓨팅기술 (DNA 등생체분자의특성을이용한소프트웨어및하드웨어기술 ) 인공생체보조기기술 ( 각종장기, 뼈, 눈, 피부등의인공제작및인공장기의기능이나동작을제어하는기술 ) 바이오정보단말기술 감지된인체정보를송수신하는소자를연구하는기술 바이오정보단말기용 ASIC( 주문형반도체 ) 기술및트랜시버기술 바이오정보단말기의모듈기술 인체 - 무선단말간의무선링크기술 바이오컴퓨팅기술에대하여살펴보면, 기존의컴퓨터는 0과 1로정보를나타내지만 DNA 컴퓨터는 DNA의화학적단위로정보를표시하고 DNA를합성하여계산을수행함으로써많은연산을동시에수행해낼수있다. 그리고분자단위에서화학적, 물리적정보를읽고구분하여정보를저장하고처리함으로써문제해결이가능한능력을갖게하는한편복잡한컴퓨터시스템이인간의능력을능가하는방식으로설계될수있는환경을조성할수있다. 4) 바이오 MEMS 바이오 MEMS기술은 silicon, glass, plastic 등을이용한초정밀유체제어시스템설계, 제조공정기술, 대량생산기술, 극미량시료처리및분류, 이송등을위한시스템지능화및자동화기술이다. 마이크로미시세계의유체는거시세계와다른현상을보이므로바이오
MEMS는미세한양의시료를정확하게이송, 분배, 혼합하는미세유체제어기술 (microfluidics) 을근간으로하고있다. 바이오 MEMS 기술을기반으로한바이오응용소자는미량의시료를이용하여빠른시간내에필요한정보를처리할수있는데, 이는개인진단용시스템이나혹은약물개발용 HTS 시스템의특성상필수불가결한요소기술이다. 특히마이크로 / 나노유체조절기술은이들 MEMS 기술을근간으로하는바이오시스템의핵심기술이며이러한 MEMS 기술을기반으로한시스템개발은바이오산업중가장고부가가치산업이다. 최근마이크로유체시스템과소자부품에대한연구개발이국제적으로활발하게이루어지고있는데, 신물질개발과시료시약의성분분석을위한마이크로종합분석시스템이그대표적예이다. 이시스템은기술경제적측면에서기존시스템에비해유리하고그핵심소자인마이크로밸브와마이크로펌프가생체의학을위한응용도구로인정되며연구가활발히진행되고있다. (3) BIT융합기술의과학기술적파급효과바이오기술과정보기술의융합및발전은관련분야에파격적인혁신을가져다주었다. 바이오인포매틱스, 바이오칩, 바이오 MEMS 등관련기술의급격한발달과이의응용은기존제약기업들의연구개발과정에영향을미쳐그효율을파격적으로높이는계기를마련하게될것으로예상된다. 인간친화적인첨단의료복지서비스를제공하는 e-health 산업은생명공학및의학지식과첨단공학기술이결합되어새로운서비스를지속적으로창출해가는고부가가치산업으로인류의건강증진, 의학, 의료및복지를위한필수불가결한 21세기중요한산업이될것으로전망되고있다. 생명체의현상및기능을이용하여기존의전자공학적인소자로불가능한것을소자화하려는기술의대한관심과필요성이급부상하고있으며, 이를위해생물이갖고있는특징적인기능, 기구혹은구조를보이는소자또는시스템화기술개발이요구된다. BIT 융합기술의가장큰기술적성과인생물소자분야는향후 10 년후에는인간의생활전반에많은영향을미치게될것으로기대되며특히바이오컴퓨팅기술은전자소자, 정보통신, 항공우주, 방위산업등다양한분야에응용이가능할것이다이와같이향후바이오산업 (BT) 의경쟁력은정보산업 (IT) 과의융합기술의확보여부에따라결정될것이다. 인터넷기반의기존 e-health 시장은 Frost & Sullivan에의하면 2004 년에 20억불에이를것으로예측되고, 네트워크장비까지고려한 Gartner Group에의하면 2002년에 384억불을예측하고있다.