No.107 2016-8 BiolNdustry No. 107 (2016-8) 글로벌 CRISPR 시장현황및전망 2016. 8 1
BioINdustry 글로벌 CRISPR 시장현황및전망 생명공학정책연구센터연구원김민정 / 책임연구원김무웅 본보고서의내용은 Occams Business Research & Consulting Pvt. Ltd 에서발간한 Global CRISPR Market Insights, Opportunity Analysis, Market Shares and Forecast 2016 2022 (2016.4) 보고서를참고로생명공학정책연구센터에서재구성한것임 1. CRISPR 기술개요 1) CRISPR( 크리스퍼 ) 란? 크리스퍼는박테리아면역체계유래의제한효소로, 특정유전자의 DNA 를잘라 유전자기능을교정하는 3 세대유전자가위로활용 크리스퍼유전자가위를이용하면질병과관련된유전자의염기서열을교정하거나돌연 변이가일어난특정부분을잘라내원상복구함으로써질병을근원적으로차단할수 있어최근이를이용한유전자치료기술에대한관심이높아지는추세 - 특히크리스퍼는복잡한단백질구조인기존세대의유전자가위 * 보다구조적으로간단하며 정교하고뛰어난유전자교정성능을보유하고있기때문에크리스퍼유전자가위기술을 이용한유전자치료기술개발이연구계 산업계등다양한주체에서매우활발히추진중 * 1 세대유전자가위 : 징크핑거뉴클레아제 (ZFN), 2 세대유전자가위 : 탈렌 (TALEN) 크리스퍼유전자가위기술은양대과학학술지인 Nature 지와 Science 지에서 2015 년혁신기술로선정되는등과학계에서획기적기술로주목받고있음 2012 년크리스퍼유전자가위기술이개발된이래 4 년만에미국, 중국등에서인간대상의질병치료임상시험시작계획을발표하는등관련기술이급진적으로발전하고있음 - 또한크리스퍼유전자가위는유전자치료기술뿐만아니라기초연구, 멸종동물의복원, GMO, GEM 등의동 식물품종개발등다양한분야에서활용가능 < 크리스퍼와유전자편집의역사 > 출처 : 동아사이언스, 생명공학정책연구센터재가공 2
No.107 2016-8 세대별유전자가위기술원리및응용현황 세대별기술 1세대, 징크핑거뉴클레아제 (Zinc Finger Nucleases, ZFN) 2세대, 탈렌 (Transcriptor Activator-Like Effector Nuclease, TALEN) 세부내용 - 아연 (Zn 2+ ) 이온에의해서구조적으로안정화되는징크핑거단백질도메인과뉴클레아제 ( 핵산분해효소 ) 가결합한형태 - 손가락과유사한구조를이용하여특정 DNA에결합하며, 결합한염기서열절단을위해 Fok1이라는제한효소사용 - 미국의캘리포니아상가모바이오사이언스 (Sangamo Bioscience) 는 ZFN를상용화하여 HIV, 혈우병, 알츠하이머등의치료제임상시험중 - 식물성병원체인산토모나스 (Xanthomonas) 에서유래한유전자가위로 ZFN보다설계가쉽고비용이저렴한장점보유 - 타겟하는 DNA의염기서열에상보적으로결합하고, 인식한염기서열을자르기위해 ZFN과같은 Fok1 제한효소사용 - 탈렌으로만든돌연변이를이용하여, 질병모델링세포주생성 - 화농연쇄상구균 (Streptococcus pyogenes) 의면역체계에서유래 - 크리스퍼는모든유전체에서규칙적으로반복되는짧은염기서열인팔린드롬 (Palindrome) * 조각 * 팔린드롬이란 DNA 상에서염기배열이역방향으로반복됨으로써왼쪽과오른쪽방향이똑같이읽히는구조 - 팔린드롬조각들사이에끼어있는염기서열인가이드 (Guide) 는외부침입바이러스의염기서열인식및기록의기능 - 이러한가이드에의해크리스퍼가타겟 DNA에정확하게결합가능 3 세대, 크리스퍼 (CRISPR-Cas9) - DNA 염기서열을자르기위해 ZFN이나탈렌과달리 Cas9이라는제한효소사용 - 복잡한단백질구조가없고, 깔끔한염기서열에절단효소만이연결되어세포전달이쉽다는장점보유 - 2012년스웨덴우메오대학교와 UC버클리의연구팀은크리스퍼로모든 DNA를절단할수있음을입증 - 최근 MIT 연구팀은 FAH 유전자돌연변이를교정하여타이로신혈증 (Tyrosinemia) 라는희귀유전질환을치료하여 CRISPR의잠재력입증 - 타겟유전자의염기서열과유사한비표적염기서열에도변이를일으킬가능성을해결하기위한다양한연구진행중 출처 : 생명공학정책연구센터, BioINatch(15-47)(2015.6), ( 원출처 : Popular Science, 2015.5) 3
BioINdustry 2) CRISPR 관련기술개발현황 크리스퍼유전자가위기술은최근개발된신기술분야로, 관련논문및특허활동이매우빠르게활발해지는추세 크리스퍼관련논문은 2012년 127편에서 2015년 1,141편으로 3년간 10배가량급증 - 크리스퍼관련특허는 2013년 375건이출원 등록되었으며특허활동주체별로는바이오기업 / 제약사를중심으로한산업체에서 44% 로가장많은특허를보유 특히크리스퍼유전자가위기술은다양한분야에활용가능성이있어관련특허의부가가치가매우높게평가되고있으며이에따라원천기술에대한특허분쟁도발생하고있음 < 크리스퍼관련논문현황 (2012-2015, 단위 : 개 )> Analysis, Market Shares and Forecast 2016 2022, 2016.4, ( 원출처 : National Library of Medicine) < 크리스퍼관련특허현황 (2013 년기준, 단위 : 개 )> Analysis, Market Shares and Forecast 2016 2022, 2016.4, ( 원출처 : Free Patents Online) 4
No.107 2016-8 2. 글로벌 CRISPR 시장현황및전망 글로벌크리스퍼시장은 2022년까지 23억달러규모로빠르게성장할전망 ( 전체시장 ) 글로벌크리스퍼시장은 2014년약 2억달러규모로작은규모를형성하였으나이후 6년간 ( 16~ 22년) 연평균성장률 (CAGR) 36.2% 로매우빠르게성장하여 2022년에는 10배이상의규모인 23억달러규모로확대될전망 < 글로벌크리스퍼시장현황및전망 (2014-2022년, 단위 : 백만달러 )> 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 시장규모 200.0 268.0 360.5 486.7 659.0 896.2 1227.8 1682.1 2298.2 ( 세계지역별 ) 전세계지역별크리스퍼시장은북아메리카지역이 2014 년 46%(0.9 억달러 ) 비중으로가장큰시장을형성하였으며 2020 년까지도가장큰비중을유지할전망 - 그다음으로유럽지역이 25%(0.5억달러 ), 아시아-태평양지역 19%(0.4억달러 ), 그외지역 10%(0.2억달러 ) 순으로시장비중형성 가장큰시장을형성하고있는북아메리카지역은국가별로미국이 80% 의시장을점유, 그다음으로캐나다가 16% 의시장비중을차지하고있음 ( 15년기준 ) 유럽지역은국가별로영국, 프랑스, 독일, 이탈리아, 스페인등의순으로관련시장규모가크게형성되어있으며 GMO, 인간배아연구등에대한국가적차원의규제에따라크리스퍼시장형성에영향을미치고있음 ( 영국은인간배아의유전자편집연구를최초로허용하는등적극적크리스퍼관련연구지원 ) - 2020년에도세계지역별시장비중순위는변동이없을전망이나, 아시아-태평양지역이연평균 ( 16~ 22년) 37.1% 의성장률로가장빠르게성장하여 20% 의비중으로확대될전망 아시아-태평양지역은인도, 중국등을중심으로한아시아국가들은유전체편집분야정부투자지원이적극적이며바이오 / 제약시장이급격히성장하고있는추세와연결되어관련기업성장이적극적으로추진될것으로예상됨에따라향후크리스퍼시장도빠른성장이전망됨 한국의크리스퍼시장은 2014년 600만달러규모를형성, 2020년에는 7,000만달러로확대될전망임 5
BioINdustry < 세계지역별크리스퍼시장현황및전망 (2014-2022 년 )> < 응용분야별크리스퍼시장현황및전망 (2014-2022 년 )> 6
No.107 2016-8 ( 응용분야별 ) 크리스퍼기술은유전체교정을위한유전자가위, 의료 환경 산업 동식물등에두루사용되는유전공학, 유전자발현억제에활용되는 grna database/ 유전자라이브러리, 유전자파괴및동종유전자회복에활용되는크리스퍼플라스미드, 인간줄기세포연구, 유전자재조합식품 (GMO) 등다양한응용분야시장에서활용중 - 이중가장큰시장규모를차지하고있는응용시장은크리스퍼유전체교정시장으로, 2014년 18%(0.4 억달러 ) 비중을차지하고있으며향후 2022년에도 3.9억달러규모로확대되며가장큰시장을형성할것으로전망 그러나크리스퍼유전체교정시장이외의타응용분야시장도큰차이없이유사한비중의시장규모를형성하고있으며, 2020년에도고르게시장을형성할것으로전망 ( 최종수요자별 ) 2014년크리스퍼시장은연구소에서 35%(0.7 억달러 ) 로가장큰비중을차지하고있으나 2022 년에는연구소와함께바이오기업의시장비중도커질것으로전망 - 2014년최종수요자별크리스퍼시장비중은연구소 35%(0.7억달러 ), 바이오기업 30%(0.6 억달러 ), 대학 20%(0.4억달러 ), 제약사 15%(0.3억달러 ) 순으로시장비중형성 유전자편집기술은아직상용화진입중인초기산업화단계로대학 / 연구소및기업에서의시장비중이유사하게나타남 - 2022년에는바이오기업이 32%(7.4억달러 ) 로연구소와동일한시장비중을차지할전망이며그다음으로대학 20%(4.5억달러 ), 제약사 16%(3.8억달러 ) 순으로시장비중형성전망 연평균성장률 ( 16~ 22년 ) 은제약사 37.5%, 바이오기업 37.3%, 대학 35.7%, 연구소 34.8% 순으로예상되며기업에서 37% 대로타수요자대비빠른시장성장이전망됨 < 최종수요자별크리스퍼시장현황및전망 (2014-2022년)> 7
BioINdustry 3. CRISPR 시장의영향요인 1) 성장요인 신약발굴시장의부상, 합성유전자수요증대, 유전질환및고령인구증가, 헬스케어분야에대한벤처캐피털등투자확대, GMO를통한작물생산성향상등이크리스퍼산업성장을유도할것으로전망 유전체편집으로정확도가높고통제가용이한 CRISPR/Cas9 신약은급성장추세인신약발굴시장에서주요한역할을하게될것으로기대 - 2012년 414억달러규모를보인신약발굴 (drug discovery) 시장은연평균 14.2% 로급성장하여향후 900억달러에이를전망 신생아및영아사망의주된요인인유전질환과고령인구에서발생하는유전질환치료를위해크리스퍼기술요구 - 출산시신생아사망의주된요인인선천성기형 (Congenital anomalies) * 의발생원인중하나로유전적결함발견 * 2014년전세계태아사망원인의 34% 가선천성태아기형으로가장큰비중차지 헬스케어 R&D 투자확대및크리스퍼기술을보유한업체에대한투자활발 - 정부차원에서는나날이증가하고있는의료비절감을위해다양한헬스케어기술개발육성전략수립을통해연구비지원 일본은정부차원에서식물이나미생물의유전자조작으로의약품이나향료등의원료를효율적으로대량생산할수있는크리스퍼등유전체교정기술개발을위해향후 5년간 ( 2020년) 총 85억엔을투자하기로발표 - 벤처캐피털등민간차원에서도크리스퍼기술을보유한업체에대한투자활발 빌게이츠와깊은연관이있는비앤지오 (BngO) 사는구글벤처스등 13개업체와공동으로크리스퍼기술을보유한미국에디타스메디슨 (Editas Medicines) 에 1.2억달러를투자하기로결정 에디타스메디슨의경쟁업체크리스퍼테라퓨틱스 (CRISPR Therapeutics) 는셀젠 (Celgene) 을포함한투자자들로부터 2014년 4월 6,400만달러의투자금유치 GMO(Genetically modified organisms) 가작물생산성과토지활용성을높이고있으며, 향후크리스퍼기술은 GMO 제작에주요한기술로사용가능 - 제초제저항성, 가뭄저항성 GMO 등작물생산성을개선한 GMO는세계곳곳에서발생하고있는식량난을해결할수있을것으로기대 8 크리스퍼등유전자편집기술은질병이나스트레스에강한외래유전자를통해유전형질을 바꾸는방식이아닌, 내부유전자를편집하여유전형질에변화를주는새로운기술로 GMO 개발의패러다임을변화시킬것으로전망
No.107 2016-8 2) 저해요인 유전자편집기술에대한윤리적이슈, 활용범위는방대하나남용의우려등이크리스퍼산업성장을저해할것으로전망 크리스퍼기술은의약, 농업, 화학, 에너지등광범위한산업에영향을미칠것으로전망되나, 생물체의유전자를편집하는기술이라는측면에서다양한윤리적관점의논쟁이진행중 - 유전자오염 (Genetic pollution), 생물다양성훼손 (Bio-invasion), 윤리적 사회경제적위험, 종교적반대등다양한관점의이슈등장 - < 크리스퍼기술에대한윤리적이슈 > 이슈 유전자오염 (Genetic pollution) 주요내용 바람, 공기, 곤충등다양한오염원에의해 non-ge(genetic edited) 작물의 DNA 오염가능 생물다양성훼손 (Bio-invasion) GE(genetically edited) 동물과식물이야생종을위협 윤리적위험 (Ethical hazards) 사회경제적위험 (Socioeconomical hazards) 종교적반대 (Religious objections) 인공적으로제작된생명체에대한존엄성저하및제조자에의한학대우려유전자편집에의해생산된식량생산이증가함에따라전통적농업방식위협많은종교단체에서는 GMO와유전자편집기술을반대하고있으며, 대체장기생산을위해유전자편집돼지등동물을인간생명연장을위한도구로이용하는것을반대 3) 기회요인 유전자치료제및치료기술에크리스퍼기술활용, 위탁연구에대한아시아시장성장이크리스퍼산업성장의기회가될것으로전망 유전자치료기술은유전질환치료를위한주된방법으로, 크리스퍼기술은유전자치료제및치료기술향상에큰영향을미칠것으로예상 EU에서첫번째유전자치료제로승인한글리베라 (Glybera) 는네덜란드의생명공학기업유니큐어 (UniQure) 사가개발한희귀질환 ( 지질분해효소결핍증 ) 유전자치료제로, 글리베라가격은 110만유로 ( 약 15.2억원 ) 로고가의약가가책정되는신기록기록 최근 EU에서승인한 2번째유전자치료제스트림벨리스 (Strimvelis) 는희귀질환인아데노신디아미나아제결핍증 (ADA-SCID) 을앓고있는소아환자에게사용할수있도록승인 9
BioINdustry 신약개발에있어다양한연구단계별전문기술과인프라를제공받을수있는신약발굴서비스전문소규모회사와 CRO 등위탁연구업체에대한수요가증대됨에따라크리스퍼기술의활용기회가확대될것으로전망 - 중국등아시아에서의전문연구및위탁연구산업이빠르게성장하고있으며, 신약발굴프로젝트에서 CRO를이용하는주된요인은인프라활용과비용절감인것으로조사 - < 신약발굴프로젝트에서 CRO 와아웃소싱하는주요사유 > 4) 도전요인 복잡한특허침해사례, 유전자편집대체기술등장이크리스퍼산업의도전요인이될것으로전망 특허침해이슈는복잡하고비용과시간이많이소모됨에따라도전적요인이될것임 < 최근크리스퍼산업에서의특허침해사례 > 사례 몬산토 (Monsanto) 와 EU 와의충돌 GMO 특허침해 미리어드제네틱스 (Myriad Genetics) 의유전자특허 미리어드제네틱스의유전자특허에대한호주대법원불인정 주요내용유럽특허청은몬산토의바이러스저항성멜론관련특허를취소함에따라농업사업에서의특허전략에영향캐나다농부인 Schmeiser가다시심기가제한된종자를라이센스없이활용함에따라특허법을어긴사례미리어드제네틱스가특허권을보유한유방암, 난소암발병유전자에대해서미국연방특별행정고등법원에서특허권인정이같은판결에대해의학 제약관계협회에서미국연방대법원에항고한상태이나, 유전자특허찬반에관한의견이분분한상황호주대법원은미리어드제네틱스가보유한유방암관련유전자 BRCA-1의특허권을불인정한다고판결 10
No.107 2016-8 4. 주요기업현황 기업명 ( 국가 ) 주요제품최근동향 Thermo Fisher Scientific GeneArt CRISPR 크리스퍼등유전자편집기술보유한국내기업툴젠 (ToolGen) 과파트너쉽체결 (2015.3) 툴젠의크리스퍼기술라이센스를 확보하여크리스퍼관련제품개발계획 (IPO) 미국나스닥 (NASDAQ) 에 기업공개 (2016.2) Editas Medicine CRISPR/Cas9 & TALENs ( 펀딩 ) 1.2억달러규모의시리즈 B 펀딩확보발표 (2015.8) ( 협력 ) Juno Therapeutics 와차세대 CART 면역치료제공동개발발표 (2015.5) Caribou Bioscience CRISPR-Cas Integrated DNA Technologies와크리스퍼제품관련라이센스체결 (2016.2) CRISPR Therapeutics ( 스위스 ) CRISPR-Cas9 ( 조인트벤처 ) Bayer와혈액질환, 시력장애관련유전자치료제개발을위한조인트벤처설립동의. Bayer는이를위해 3.4억달러투자예정 (2015.12) ( 확장 ) 미국매사추세츠에 R&D 본부설립발표 (2015.4) Intellia Therapeutics UCART19 1.1억달러규모의기업공개계획발표 (2016.3) Cellectis UCART19 gene edited CART-cells(UCART) 면역치료제개발을위해항체치료제전문업체 MabQuest SA와파트너쉽 체결 (2016.3) ( 계약 ) 주요 3 대진단기기개발업체와 330 만달러초기규모의계약체결 Horizon Discovery CRISPR, Zinc Finger Nuclease, raav (2015.11) ( 파트너쉽 ) Axol Bioscience와유전자편집역분화줄기세포 (ipscs) 제품 개발을위해전략적파트너쉽체결 (2015.11) Sigma Aldrich Sigma CRISPR 170억달러규모로 Merk에의해인수됨 (2015.11) 11
BioINdustry Precision Bioscience ARCUS Baxalta와 CART 면역항암제공동개발을위해 17억달러규모의파트너쉽체결 (2016.2) (IPO) 합성생물학의강자로부상하며 Genscript GenCRISPRgRNA constructs 기업공개성공 (2015.12) ( 신제품출시 ) 효모 (yeast) 에서의맞춤형 유전자편집서비스출시 (2016.2) Sangamo Bioscences ZFP Nuclease 제약회사 Shire와혈우병과헌팅턴병에대한 ZFP 치료제공동개발계획발표 (2015.10) 약물전달기술보유업체인 Catalent 인수 Lonza ( 스위스 ) Nucleofector 계획발표. 인수를통해다양한의약물질과전달기술개발역량확보기대 (2016.4) Integrated DNA Technologies Gene Silencing ( 파트너쉽 ) Caribou Biosciences와 CRISPR-Cas9 제품에대한라이센스체결. 파트너쉽에는크리스퍼연구를위한전문가활용도포함 (2016.2) ( 신제품출시 ) NEBNext Direct 라는 Ne England Biolabs DNA Modifying Enzymes(Cas9 Nuclease 등 ) 신제품출시. 차세대시퀀싱관련제품인 NEBNext 라인의확장 (2016.4) ( 시설확장 ) 2017년초가동을목표로새로운 GMP 시설설립계획발표 (2015.2) Oregene Technologies CRISPR/Cas9 Genome Editing 면역세포화학분야의연구와진단기술개발을위해 Agilent technolgy와다년간공동연구협약체결 (2016.2) Transposgen Biopharmaceuticals NextGEN CRISPR 브로드연구소 (Broad Institute) 와 CRISPR/Cas9 유전자편집시스템관련특허통상실시권확보를위해라이센싱계약체결발표 (2015.12) 12