4부 식품의 한 분야로 구분하고 있다. LMOs 농산물 개발의 출발은 주로 새로운 유 자 도입으로 해충저항, 제초제내, 병저 항, 환경스트레스내 농작물의 개발 등 생 산 증대에 주안점을 두었다. 그러나 최근에 는 유자 개량기술과 메타보노믹스 (Metabonomics)와

제10 장 LMOs의 응용 산업화 생물산업은 생명공학기술로 생명체가 가지고 있는 기능과 정보를 활용하여 인류가 필요로 하는 유용물질을 생산하는 최첨단 산업을 말한다. 그 파급효과와 장이 커서 화학 자 에너지 의약 환경 농업 식 품 등 다양한 분야와 접목하여 눈부시게 발하고 있다. 생물산업의 핵심기술 중 하나인 유자재조합기술을 이용하여 생산하는 LMOs의 응용과 산업화를 식품산업, 축산업, 의약품산업으로 나누어 살펴본다. 제1절 식품산업 세계적으로 인구는 2050년에 90억 명으로 증가하고, 이 중 대부분이 아시아에 편중할 것 으로 예상하고 있다. 이에 따른 식량 부족이 매 우 심각한 상태에 이르게 될 것은 자명한 일이 다. 이를 해결하기 위한 하나의 방법이 유자 개량에 의한 농산물 개발과 생산이다. 유자 개량은 주로 유자변형(Genetic Modification)으로 이루어지는데, 유자변형 으로 개발된 농산물은 농작물의 생산 향상과 영양 개선을 통하여 인간의 건강증진과 장 에 직접적으로 기여하게 되었다. 건강 측면에 서 보면 유기합 농약의 사용을 줄이고, 이로 인한 농가소득 증대와 농작물 생산 유지, 식품 안에 대한 간접적인 효과도 있을 수 있다. 이러한 효과들은 특히 개발도상국들에게 더 많은 이익을 가져다 줄 수 있을 것이다. 그러나 이러한 긍정적인 측면은 여러 지역 의 농업적 사회적 특수에 비추어 바뀔 수 있다. 일반적으로 농산물들은 소비자들의 기 호와 필요에 따라 직접 식품으로 먹거나 식품 재료 혹은 첨가물로 쓰인다. 이런 의미에서 GM(Genetically Modified)식품이란 주로 GM작 물 자체를 의미하거나, 혹은 GM작물을 식품 소재로 사용하는 것을 의미한다. 최근에는 여러 가지 관련 기술들이 발달하 여 새로운 생물체들이 개발되면서 이러한 GM 농작물들이 더 넓은 의미의 LMOs(Livings Modified Organisms)의 한 부분으로 분류가 되 었다. 식품산업분야에서도 GM식품을 LMOs 268

4부 식품의 한 분야로 구분하고 있다. LMOs 농산물 개발의 출발은 주로 새로운 유 자 도입으로 해충저항, 제초제내, 병저 항, 환경스트레스내 농작물의 개발 등 생 산 증대에 주안점을 두었다. 그러나 최근에 는 유자 개량기술과 메타보노믹스 (Metabonomics)와 대사체학(Metabolomics), 영양유학(Nutrigenomics) 등 생명공학기술 이 발달하고 소비자들의 건강에 대한 선호도 증가에 힘입어 인체 내에서 건강증진을 활 화시킬 수 있는 신기능 영양물질을 함유한 작물 개발과 생산에 주안점을 두고 있다. 소비자의 건강에 대한 관심은 신기능 식 품 개발과 생산에도 많은 영향을 주어 건강보 조식품 개발에 많은 관심을 가지게 되었다. 신 <표 4-10-01> 국외 식품관련 LMOs 농작물 개발 생산현황( 2005년) 냉이 옥수수 알팔파 겨자 감자 코코넛 대두 사탕수수 기능 식품 중에서 최근 연구개발에 많은 관 심이 모아지고 있는 것이 식품 미생물을 이용 한 GM 프로바이오틱스(Probiotics) 개발이다. 프로바이오틱스는 인체 내에서 여러 복합적 작용을 하는 것으로 알려져 있어 건강촉진과 유지에 많은 영향을 주는 것으로 밝혀져 있다. 최근에는 GM 프로바이오틱스를 이용한 인체 질병에 대한 새로운 치료법 개발 가능도 열 어놓고 있다. 대상작물 형질 특 개발자 출처 땅콩 영양분 강화 ICRISAT Financial Express (2005. 1. 4) 멜론 당도 Brazilian Agricultural Research Company Embrapa Valor Economico (2005. 1. 3) 포도 영양분 강화 이스라엘, Institute of Horticulture in the Volcani Center Checkbiotech (2005. 2. 3) 토마토 연화 방지 인도 국립식물유체연구센터 쌀 영양분 강화 필리핀 미작연구소 유용분 생산 단백질 함량 증가 이소플라보노이드 합 베타카로틴 함량 증가 칼슘 함량 지방산 함량 증가 영양분 강화 영양분 강화 영국 브리스톨대학 미국 University of California Riverside 미국 Samuel Roberts Noble Foundation 인도 Tata Energy Research Institute 미국 Baylor College 필리핀 University of the Philippines-Los Banos 미국 Kanas State Universtiy 아프리카 Hindus Times (2005. 3. 12) Yahoo Finance (2005. 7. 5) Truth about Trade and Technology (2005. 07. 18) Checkbiotech (2005. 9. 21) Crop Biotech (2005. 9. 2) AP-Food Technology (2005. 9. 9) Checkbiotech (2005. 9. 30) Food Navigator.com (2005. 10. 13) Crop Biotech (2005. 10. 3) DesMoines Registe r(2005. 10. 31) 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 출처 : Biosafety, 한국생명공학연구원 바이오안정보센터, 2005 269

1. LMOs 농산물 개발 생산 현황 (1) 국외 식품용 LMOs 농작물 개발 생산 현황 지금까지 개발된 식품용 LMOs 작물은 주로 생산 증대에 초점이 맞추어졌으나, 지난 2005년 발표된 자료를 분석해보면 많은 LMOs 농작물들이 인체 내 섭취 후 건강 영양분야 에서 기능 향상과 생산에 주안점을 두는 경향 이 있다. <표 4-10-01>은 이러한 LMOs 작물들 중 몇 가지를 정리한 것이다. 인류의 가장 중요한 식량자원인 벼는 옥수 수에서 베타카로틴 합 유자를 분리하여 도입한 결과, 기존 LMOs 황금쌀보다 베타카로 틴 함량이 20배 증가된 품종이 개발되었다. 비 타민A 분이 강화되고 Tungro병에 저항을 보이는 특을 지닌 것으로 확인되었다. 땅콩은 그동안 조직 배양에 어려움이 있어 LMOs 식물체 개발이 어려웠으나 떡잎과 잎의 외식체(Explants)에서 높은 재분화율을 보이도 록 조직배양 형질환 방식을 활용하였다. 그 결과 철과 아연, 비타민A와 같은 영양분 이 강화된 식용작물 생산이 추진중에 있다. 감자는 세계적으로 3대 중요 식량이지만 분 함량이 높은 데 비해 단백질 함량이 1% 미만이어서 아마란스 유자를 이용하여 단백 질 함량이 35% 이상 증대된 LMOs 감자를 개발 하고 있다. 세계 기근인구의 40% 이상이 단백 질 결핍에 의한 것이므로, LMOs 감자의 보급 은 세계적인 영양결핍 해결을 위한 새로운 대 안이 될 것으로 기대된다. 또 다른 연구에서는 감자에 부족한 칼슘 함 량을 높이고자 칼슘 운반체인 CAX 1과 관련된 유자변형으로 칼슘 함량을 3배 정도 높인 LMOs 감자를 개발하였다. 이는 많은 사람들이 칼슘 부족으로 건강이 위협받고 있는 것을 감 안할 때 LMOs 감자가 칼슘 섭취를 보충하는 새로운 식품으로 떠오를 망이다. 과일 분야에서는 멜론과 포도, 코코넛이 있 다. 멜론은 바나나 유체 서열 판독에서 얻어 진 결과를 이용하여 당도가 높은 품종이 개발 되고 있다. 플라바논 합이 가능한 포도도 개 발되고 있는데, 플라바논은 감귤류에 많이 함 유되어 있는 분으로 과일 향원의 일종이다. 혈관과 뼈의 건강을 유지하는 데 중요한 역할 을 하고, 암 발생과 돌연변이 억제 효과 항 균 항염효과를 가지고 있다. 이런 플라바논 대사작용에 관여하는 특정 효소를 암호화하는 유자를 이용하여 포도에서 플라바논이 대량 합될 수 있도록 개발하였다. 이 품종은 인체 건강에 많은 도움을 줄 것이라 기대된다. 코코넛은 열대작물로 라우레이트가 유용 분으로 함유되어 있다. 이 라우레이트는 글리 세라이드 형태로 발견되는 중간 길이의 지방 산으로, 식품가공 과정 중에 보존제와 산화방 지제로 많이 쓰인다. 필리핀에서는 이 라우레 270

이트를 코코넛에서 추출하여 식용기름으로 생 산하고 있다. 최근 라우르산을 60% 가량 함유 하고 있는 캐놀라가 개발되면서 필리핀 식용 오일시장을 위협하게 되자, 지방산 합에 관 여하는 효소를 암호화하는 유자들을 조합하 여 LMOs 코코넛을 개발하였다. 이 LMOs 코코 넛은 라우레이트 함량이 40% 수준에서 60%로 증가되어 식물 오일시장에서 코코넛 식용유 의 활약이 기대된다. 토마토는 일반적으로 숙 진행속도가 빨라 서 부패가 쉽게 일어나 저장 보관이 어렵다. 이 런 문제를 해결하기 위해서 식용 진균류의 유 자를 토마토에 도입하여 부패를 방지하면서 숙 진행속도가 느린 토마토를 개발하였다. 또한 부가적으로 이 LMOs 토마토를 섭취하게 되면 신장결석이 있는 환자에게도 도움이 될 것으로 기대되고 있다. LMOs 냉이는 불포화지방산 합 관련 유 자들을 서로 다른 세 가지 미생물로부터 분리 한 다음 유자변형을 통하여 만들어졌다. 이 냉이에서 생산한 지방산은 지방대체제로 사용 할수있다. 사이토키닌이라는 식물호르몬을 유도하는 유자를 이용하여 옥수수의 분 함량을 반 으로 줄이고 단백질과 지방 함량을 두 배로 증 가시킨 옥수수도 개발중이다. 옥수수를 이용 하여 세계 기아문제를 해결하고 옥수수기름 생산량과 연료 생산율을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 밭작물 중에는 필수 아미노산이 부족 한 작물들이 있는데, 필수 아미노산은 인체에 서 합되지 않아 결핍될 경우 영양실조와 시 력장애 등을 일으킬 수 있다. 이 필수 아미노산 중에서도 라이신은 여러 기능을 담당하고 있 으므로, 라이신 합 유자들을 이용하여 라 이신 함량이 증가된 밭작물을 개발하고 있다. 이는 영양분 강화와 생산량에 관한 문제를 해결하는데 많은 도움이 될 것이다. 알팔파는 비교적 다른 작물에 비해 최근에 서야 국내에 판매되기 시작한 콩과 식물이다. 인체에 작용하는 여러 기능 영양물질이 많 이 함유되어 있어서 소위 식품의 웰빙 소비 향에 따라 판매량이 증가하는 추세이다. 이 알 팔파에는 암 심장병 골다공증 폐경기질 환 등에 효과가 있는 것 외에도 식물체가 자체 식물병에 대한 방어능력을 증강시키는 것으로 알려진 이소플라보노이드 분을 함유하고 있다. 최근 다른 콩과 식물에서 MtIFS1 유자 를 알파파에 도입하여 생산할 수 있도록 유 자를 변형하는 데 공하였다. 식물에서 이소 플라보노이드 생합을 유도하는 것은 인간이 식품을 통해 이 분을 섭취하게 하고, 식물에 게는 다른 방어기작을 제공하게 된다. 비타민A의 구물질인 베타카로틴 분을 유자 개량으로 많이 생산할 수 있는 겨자 품종 도 개발중이다. 이는 겨자를 식품 조리와 첨가 제로 많이 사용하는 나라에서 비타민A 결핍으 로 인한 질병과 문제해결에 도움이 될 것이다. 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 271

<표 4-10-02> 국내 LMOs 식품 개발현황 대상작물 형질 특 개 발 자 출 처 쌀 영양분 강화 농촌진흥청 바이오그린21 사업(2005. 12) 들깨 영양분 강화 농촌진흥청 바이오그린21 사업(2005. 12) 감자 영양분 강화 농촌진흥청 바이오그린21 사업(2005. 12) 출처 : 바이오그린21, 농진청, 2005 콩에는 다른 작물에 비해서 비교적 많은 식 물 단백질이 함유되어 있지만 필수 아미노산 인 시스테인과 메티오닌이 부족하다. 이 콩에 시스테인과 메티오닌 생합에 관련된 유자 들을 도입 발현시킨 결과 시스테인이 30%, 메 티오닌이 18.6% 증가한 유자변형 콩을 개발 하였다. 또한 노화방지에 영향을 주는 식물 항산화 물질인 이소플라본 함량을 높인 콩을 개발하여 노화방지와 폐경기 증상을 감소시키 고, 심장병 유방암 립선암 등의 위험을 낮춰주는 파이토케미컬 시장에 많은 영향을 미칠 것으로 보인다. 사탕수수는 아프리카 지역에서 주식으로 많 이 사용되고 있으나, 필수 아미노산과 단백질 이 부족하다. 아프리카 연구진들은 필수 아미 노산인 라이신 함량을 50% 증가시킨 사탕수수 를 개발중에 있으며, 더 나아가 에너지 연료물 질로도 사용 가능하도록 개발하고 있다. (2) 국내 개발 생산 동향 국내 생명공학기술은 이미 세계적 수준에 도달해 있으나, LMOs 식품의 상용화는 아직 보고된 바 없다. 이는 상용화까지 이르기에는 여러 가지 규정의 규제와 LMOs 식품에 대한 소비자들의 구매력이 충분하지 않기 때문인 것으로 분석된다. <표 4-10-02>는 최근 국내에 서 개발되고 있는 LMOs 식품이다. 쌀은 명실공히 국내에서 제일 중요한 식량 이다. 그러나 쌀시장 개방으로 인해 쌀의 품질 향상과 신기능을 강화한 쌀 개발로 세계시 장에서의 경쟁력을 확보하기 위한 연구가 그 어느 때보다도 중요하다. 이에 농촌진흥청을 비롯한 대학연구소에서는 새로운 형질을 지닌 쌀 개발에 박차를 가하고 있으며, 이미 상업화 가능 단계에 이르렀다. 이러한 연구개발은 LMOs 벼 개발이 주를 이 루고 있다. 예를 들면 인체 모유 단백질 생산 면역강화 기능 벼 개발과 세포장, 혈당량 조절, 항바이러스, 면역증진 효과가 있는 쌀 개 발이 있다. 대사공학 신기술을 이용한 카로티 272

노이드 생산 신형질 벼 개발과 스위스에서 개 발된 황금쌀과 차별되는 대사공학 신기술로 국민질병을 예방할 수 있는 프로비타민A 생 신형질 벼 개발이 있다. 이와 아울러 식품생산과 산업이용에서 중요 한 분인 분의 함량을 기존에는 화학적 물리적 방법으로 조절하였지만, 아밀로펙틴 합을 유도하는 유자를 쌀에 삽입하여 친 환경적이고 효율적으로 분을 대량 생산할 수 있게 하였다. 이러한 연구들은 쌀시장 개방 에 따른 국내 쌀 경쟁력 강화에 많이 기여할 것 으로 기대된다. 불포화 지방산이 많은 들깨는 우리나라 식 품에서는 중요한 식품 중에 하나인데, 최근 알 파-토코페롤이 다량 함유된 LMOs 들깨가 개 발되었다. 들깨의 기능을 높여 수요 확대가 가능하게 된 것이다. 알파-토코페롤은 노화의 지표인 과산화지질 증가를 예방하여 노화방 지와 동맥경화 예방에 도움이 되는 건강기능 분으로, 앞으로 들깨 수요 확대에 많이 기여를 할 것이다. 또한 메치오닌과 비타민C 유자를 이용 하여 형질환 감자를 개발하였다. 이 품종은 실험분석 결과 메치오닌과 항산화 물질인 비타민C를 다량으로 함유하고 있는 것이 확 인되었다. 2. LMOs 기능식품 개발 현황 식품의 현대적 의미는 단순히 건강과 영양 보충을 위한 것에서 이제는 의학적 영양학적 기능을 강화시켜 주는 기능 식품으로의 변 환이 요구되고 있다. 이런 식품들 중에서 가장 많이 연구개발되고 있는 것이 기능식품이 고, 이 중에서도 프로바이오틱스는 매우 중요 한 의미를 가지고 있다. 프로바이오틱스 란 그리이스어 For Life 에서 유래된 것으로 장기 생식기 점막의 병 원균 감염을 치료하기 위하여 100년 이상 쓰인 물질이다. 그러나 그 사이 항생제가 개발되어 프로바이오틱스를 이용한 통적인 의학치료 들이 줄어들었다. 하지만 항생제를 이용한 치 료가 진행되는 동안 항생제저항 박테리아가 생기고, 인체 내 여러 부작용들이 나타나면서 프로바이오틱스에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 프로바이오틱스의 의약적인 효능과 인 체건강에 미치는 효능들이 항생제를 대체할 <표 4-10-03> 인체 프로바이오틱스 유산균의 종류 종류(Species) 계통(Strains) acidophilus, amylovorous, casei, gasseri, Lactobacillus johnsonil, plantarum, reuteri, rhamnosus, salivarius Bifidobacterium animalis, bifidum, breve, infantis, lactis, logum Streptococcus thermophilus Enterococcus faecium 출처 : Farid E. Ahmed, 2003 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 273

수 있을 것으로 재인식된 것이다. 박테리아는 위장의 생육환경 조건으로 인 하여 인체 내에 서식할 수 없기에 요구르트 캐피어 발효채소 등 발효식품에서 발견되는 박테리아가 정상적으로 인간의 장에서 발견되 지 않는 것이 일반적인 예다. 그러나 몇몇 종의 젖산균(Latic Acid Bacteria)은 발효식품과 위장 에서 발견되고 있다(표 4-10-03 참조). 미식품의약품국(FDA)은 젖산균을 인간에게 사용하기 위한 GRAS(일반적으로 안한 것으 로 인식)로 분류하고 있다. 낙농식품에서 가장 널리 쓰이는 프로바이오틱스인 락토바실러스 와 비피도 박테리아균은 인간의 장내균총이 며, 오랫 동안 안한 것으로 인식되어 왔다. 많은 증거들이 이들의 긍정적인 효과를 뒷받 침하고 있다. 이러한 유산균을 이용한 프로바이오틱스는 여러 잠재적인 작용기작을 포함하고 있다. 즉 감염 질병에 대한 장 점막의 저항 유지 항균 대사산물과 기능식품의 생 면역 기능 조절 변비 경감과 항생제로 인한 설사 예방 금속 해독 혈장 콜레스테롤과 혈압 감소 알레르기질환 예방과 완화 아토피 피부염 완화 외과치료로 인한 감염과 충치 예방 종양 억제와 발암물질 생감소 등이 다. 이와 같은 일련의 예방치료 효과에도 불구 하고 프로바이오틱스는 의약적인 처방약으로 흔히 쓰이지 않지만, 소매점(일반적으로 슈퍼 마켓, 잡화점, 건강식품 판매점)에서 처방 없이 이용되고 있는 실정이다. 이러한 소비심리가 증가하면서 최근에는 프 로바이오틱스 미생물들을 이용한 새로운 기능 강화제품들을 생산하는데 많은 연구들이 진행되고 있다. 특히 유산균을 유자변형시 켜 새로운 기능을 지니게 하는 것이다. LMOs 프로바이오틱스를 개발하기 위해서는 해당 미생물들을 변형시킬 수 있는 벡터 개발 이 필수적이다. 최근에는 인체에 무해한 몇 가 지 새로운 형질환용 벡터들이 개발되어 실 제로 식품이나 미생물에서 새로운 유자들의 발현을 위해 사용되고 있다. 그러나 현재까지 LMOs 미생물과 프로바이 틱스는 LMOs 식품 자체로 시장에 판매되는 제 품은 아직 없는 것으로 알려져 있다. 1993년 영 국에서 맥주 생산을 위해 GM효모가 승인되었 지만 생산물을 상업화하기 위한 의도는 아니 었다. 그 당시 식품에 쓰였던 LMOs 미생물은 여러 식품제조를 위한 초기 발효배양에 이용 되었고, 치즈는 젖산균을 이용하였다. 그 이후 생산의 효율 증가와 새로운 기능 에 대한 소비자 욕구를 충족시키기 위한 LMOs 식품 개발에 대한 연구가 지속적으로 이 루어져 왔다. 그 한 예로 병원 미생물로부터 가축을 보호하기 위해 LMOs 미생물을 이용하 거나, 영양과 맛을 높이기 위해 LMOs 유산균 을 이용하고 있다. 이러한 연구들은 현대 생명공학기술을 이용 하여 새로운 기능이 향상된 LMOs 미생물들 274

을 개발하고, 인체 내에서 활을 나타내는 식 품이나 의약용으로 부가가치가 높은 프로바이 오틱스를 개발 생산하려는 것이다. 구체적으 로 살펴보면, 우선 GM미생물에서 만들어진 식 품첨가물, 가공개선, 음식첨가제, 축산화합물 들이다. 식품 사료 생산분야에서 가공개선 공정에 이용되는 많은 효소들은 GM미생물을 활용하는데, 마지막 최종 생산단계에서 이런 GM미생물들이 제품에 포함되지 않도록 불활 화 하거나 파괴하여 제거시킨다. GM효모, 곰팡이와 박테리아는 이러한 제조 공정을 통해 제빵 생산에 쓰이고 있고, 알파 아 밀라제, 프룩토즈 생산을 위한 글루코즈 이소 머라제, 치즈 제조에 쓰이는 키모신 등이 있다. 식품제조 공정을 위해 변형된 대부분의 미생 물은 통적인 식품 생명공학에 이용되는 미 생물로부터 나온 것들이다. 이와 아울러 식품 또는 식품첨가물에 사용 되는 비타민이나 아미노산과 같은 미세 영양 분을 생산하기 위해 GM미생물이 많은 국가 에서 허용되고 있다. GM박테리아 시스템에서 음식보조제, 염료나 식품첨가물로 이용되는 카로티노이드가 한 예이다. 앞으로는 GM미생물 에 완한 대사경로를 통합시켜 인체에 유용한 새로운 화합물을 만들어낼 것으로 기대된다. 단백질공학기술은 효소의 이미노산 서열을 바꾸는 데 그 목적이 있다. 주로 효소의 특 (예를 들어 온도저항 또는 ph 안)을 바꾸 는 데 많이 쓰이는데, 이러한 연구개발은 현재 이용되는 화학반응을 대신하려는 의도에서 출 발하였다. 그러므로 각 공정과정에서 필요한 효소들을 공정환경 특에 맞게 단백질공학을 이용하여 변형시킬 필요가 있다. 이 과정은 에 너지 소비와 화학폐기물을 낮추는 놀라운 결 과들을 가져다준다. 3. 앞으로의 망과 해결 과제 인구증가에 따른 미래의 식량난 문제가 심 각해지고 있다. 이 식량난을 해결할 수 있는 방 법들 중 하나가 LMOs 식품의 개발이다. 한편 으로는 아직 LMOs 식품에 대한 소비자들의 거 부감과 불안감이 해소되지 못하고 여히 남 아있는 상태이지만, 소비자들의 관심이 점차 복합적인 기능을 지닌 식품에 모아지면서 국내외적으로 LMOs 식품개발과 생산에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 처음에 LMOs 식품개발은 생산 증강에 초점 이 맞추어져 있었는데, 최근에는 소비자들의 기호가 변하면서 건강과 영양강화 기능을 중요시하는 농산물 개발로 트렌드가 바뀌고 있다. 이런 변화는 항생제저항 마커 유자 가 인체에 해를 거의 주지 않는다는 결과가 나 오면서 소비자들의 불안감과 거부감이 어느 정도 해소될 가능이 있고, 세계 각국이 대체로 LMOs 농산물에 대한 규제를 완화하는 추세인 데다가 그 재배 면적이 급격하게 증가하면서 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 275

생기게 되었다. 이에 따라 우리나라 역시 LMOs 농작물 생산 에 대한 인체안과 환경위해에 대한 관 리와 감독이 필요하다. 또한 LMOs 식품개발에 서 유자변형이나 조작이라는 어휘보다는 유자개량 이라는 단어 사용이 더 현실적이 고 정확한 표현일 것이다. LMOs 식품개발은 단순히 농산물을 개발 하는 것에 그치지 않고, 이것을 이용한 새로운 식품개발에까지 이르고 있다. 새로운 식품 개발 의 소재를 LMOs 농산물에서 얻기도 하지 만 LMOs 미생물을 이용한 소재를 많이 사용 하고 있다. 신기능 식품개발 분야에서 가장 각광받 고 있는 것이 유산균을 이용한 프로바이오틱 스이다. 프로바이오틱스는 의학 영양학적으 로 인체에 유용한 분들이 많아 새로운 기능 식품이나 소재, 첨가물 등으로 많은 소비가 기대된다. 앞으로 LMOs 식품 시장은 엄청난 속도로 증 가할 것이다. 이런 상황에서 국내에서도 많은 연구개발과 투자가 있어야 하며, 외부여건이 우호적이 아니라 하더라도 미래의 생산을 위 해 노력해야 국제경쟁력 확보에 뒤지지 않을 것이다. 여기에서 그 어떤 경우라도 소비자의 인체에 미칠 수 있는 안과 환경위해에 대한 검증은 필수적이다. 제2절 축산업 10년 후의 국가발 비과 이를 달하기 위해 각 산업별로 갖추어야 할 핵심기술의 격은 산업경쟁력을 강화하기 위해 필수적이 고 수요 지향적인 기술로, 미래 수요가 큰 기술 필요기술을 모두 망라하는 것이 아니라 동 원할 수 있는 인적 물적 자원과 공 잠재력 등을 종합적으로 고려하여 략적으로 선택된 기술 기여하는 산업 분야가 2개 이상일 경우 에는 공통적으로 쓰는 기술 등으로 정의하고 있다. 그 중에서도 생명공학기술을 이용한 유자변형기술은 매우 중요한 위치를 차지 하고 있다. 우리나라가 과학기술 발을 위하여 2003년 에 투자한 총 연구개발비는 19조 687억 원으로 국내 총생산액(GDP)의 2.64%였으며, 앞으로도 연구개발비가 꾸준히 늘어날 망이다. 또한 국가에서는 지난 2005년 11월 2015년 바이오 산업 세계 7위, 수출 250억 달러 달 을 목표로 바이오산업 발략을 발표하기도 하였다. 바이오산업 중에서도 유자변형생물체 (LMOs) 이용기술은 사회구조 생활양식 가 치체계에서부터 경제 사회 산업환경의 변 화에 이르기까지 광범위한 분야에서 새로운 변화를 가져올 것으로 예상된다. 국가 사회 적인 현안문제 해결과 국가의 안위와 건강한 삶에 대한 인간의 욕구도 늘어나고 있어 생명 276

공학기술 분야에서 수요자를 중심으로 한 산 업화 연구가 필요하다. 또한 개인생활의 편의 안 쾌락 추구현상, 인구증가와 경제장에 따른 물 에너지 식량 자원 등의 고갈 가능에 대한 극복노력도 증대되고 있다. 이를 위하여 신기 능 축산물과 새로운 바이오 물질을 생산할 수 있는 축산분야의 LMOs 생산, 산업화기술 개발이 매우 중요하다. 따라서 유자변형 가 축과 생산물이 국가의 부를 창출하고 소비자 에게 이점을 준다면 유자변형의 개념을 국 민에게 널리 인식시켜 줄 수 있을 것이다. 1. 축산분야 LMOs 개발 동향 축산분야의 LMOs는 가축 세포, 사료작 물, 미생물 등으로 구분된다. LMOs 생산방법 은 생물체에 따라 차이가 있으나 크게 두 가지 로 대별된다. 우선 목표로 하는 외래 유자를 확보하고 이 유자가 생물체에서 효율적으로 발현할 수 있도록 인위적으로 유자를 조작 하는 기술이다. 또 다른 하나는 외래 유자를 생식세포(증식기능을 가진 생명체 포함) 등에 도입한 후 최종적으로 LMOs를 얻는 것이다. 그동안 LMOs 생산과 이용효율을 높이기 위하 여 다양한 형질환방법이 개발되었으나, 산 업적인 LMOs 생산기술은 아직까지 연구 초기 단계에 머물고 있다. LMOs 생산기술이 더욱 효율적이고 체계화 되어 축산업 경쟁력을 높이고 실질적으로 기 여하기 위해서는 더 많은 기초 기반기술 개 발이 필요하다. 예컨대 산업적으로 유용한 각종 유용유자를 탐색하여 재조합하는 방법 재조합된 유자를 세포 내에 효율적으로 도입하는 방법 세포를 적기에 확보할 수 있 는 방법 도입된 유자가 효율적으로 결합 되고 그것이 생리적으로 대량 발현되도록 하 는 방법 LMOs의 번식과 관리 방법 생산된 형질환 생물체의 생리 상태와 물질생산 능 력에 대한 검정과 이용방법 등이 폭넓게 이루 어져 지적재산권을 확보하여야 한다. 유자변형기술을 이용하여 동물세포로부 터 유용한 생리활물질, 즉 생물학적인 의약 품과 같은 물질을 저렴한 가격으로 생산하여 부가가치를 창출하고 있다. 동물세포에서 사람의 질병치료제를 생산하고, 가축의 장 촉진과 육질개선, 사료효율을 높일 수 있는 물 질을 생산하여 이용할 수 있다. 또한 유자변 형생물체로부터 동물용 치료제를 대량으로 생 산하여 가축의 질병을 치료하는 데도 이용할 수있다. 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 277

(1) 형질환기술을 이용한 가축 생산 향상 가. 장촉진과 지육개선 형질환 가축을 이용하여 가축의 장촉진 과 생산물의 품질을 향상시킬 수 있다. 가축의 장을 촉진시키기 위하여 장촉진 호르몬 유자가 사용되고 있다. 미농무부(USDA, ARS)에서 장촉진 효과가 있는 장호르몬 유자를 돼지에 도입한 결과 형질환 돼지의 장기(2~6개월) 1일 증체량이 1.273kg으로, 유자가 도입되지 않은 돼지의 0.781kg에 비해 매우 높았다. 그러나 체지방을 줄이고 지 육을 많게 하는 효과가 있어 육질을 개선해 주 지만 다리가 허약하여 문제가 되었다. 앞으로 장을 촉진하고 지방함량을 줄여 살코기량을 증대시키면서, 동시에 생리적인 문제점까지 극복하면 장과 육질을 한꺼번에 개선하는 효과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 이 모두는 LMOs의 안 등에 대한 국민의 신뢰가 있어 야 산업적으로 이용이 가능하다. 나. 산유능력의 향상 대개의 가축에 장호르몬을 투여하면 약 15% 정도 비유능력이 개선된다. 여기에 면역 과 기능을 강화하는 유자까지 동시에 도 입하면 유즙 속에 면역물질 함량과 기능이 증가한다. 이렇게 생산한 가축은 비유량이 많 아 많은 수의 자축을 포육할 수 있게 될 뿐만 아니라 내병이 강화되어 가축관리가 쉽다. 한국생명공학연구원의 이경광 박사팀은 사 람의 면역력을 증강시키는 우유를 생산하기 위하여 사람의 락토페린 유자를 도입한 형 질환 젖소를 개발하였다. 젖소는 젖의 생산 량이 많아 유자변형기술을 이용하여 기능 물질의 대량생산이 가능하다. 앞으로 유자 변형 가축으로부터 생산된 우유의 안이 확보되면 가축으로부터 소비자가 원하는 우유 를 생산할 수 있을 것이다. 다. 사료효율의 향상 최근 가축의 사료효율을 향상시키기 위하여 개발된 생명공학기술은 미생물을 유자변형 방법으로 개량하여 미생물이 분비하는 효소로 사료의 소화능력을 향상시키는 방법과, 강력 한 섬유소 분해효소를 분비하는 유자를 이 용하여 형질환 가축을 생산함으로써 가축 자체에서 분비되는 효소에 의해 사료의 소화 효율을 개선하는 방법이 있다. 첫 번째 방법은 공률과 가능이 높기 때 문에 많은 연구가 수행되고 있다. 그러나 위내 미생물의 단백질 구조를 인위적으로 변경시키 면 장내 세균총의 불균형 등 나쁜 영향이 나타 날 위험도 있어 보완연구가 필요하다. 예컨대 유자가 변형된 미생물은 기존 미생물에 비 해 생존 능력이 떨어져 소화효율 개선에 실질 적으로 기여하지 못할 수도 있다. 그러나 후자는 무한한 가능이 있어 반추 278

동물뿐만 아니라 돼지와 같은 단위동물에서도 연구가 진행되고 있다. 농촌진흥청에서는 섬 유소 분해효소 유자(CelD)를 이용하여 형질 환 돼지를 생산한 결과 섬유소 소화율이 20% 이상 증가하였으나, LMOs 가축이기 때문 에 안 검정과 산업화를 위한 기초연구가 꾸준히 이루어져야 한다. 라. 피혁의 품질개선 유자변형으로 모피와 피혁의 품질을 개선 하려는 연구가 추진되고 있다. 예컨대 피혁에서 콜라겐 함량을 증가시켜 내구이 강한 피혁 을 생산하거나, 피혁섬유를 구하는 젤라틴 유자와 시스틴 유자의 상승발현을 유도시 켜 내구이 강한 모피를 생산하기 위한 연구 등이다. 또 유자변형으로 모피 품질을 개선 하려는 연구도 그 과가 기대된다. 현재 실험동물과 면양을 대상으로 연구가 추진되고 있으나 조만간 다른 가축에서도 응 용되어 모피와 피혁 품질개선에 기여할 망 이다. 특히 모피나 피혁은 식용이 아니기 때문 에 LMOs 가축을 통하여 생산하면 산업적인 가 치가 높아진다. 마. 내병의 강화 생명공학이 추구하는 중요한 목표 중 하나 는 가축의 내병을 강화하는 것이다. 바이러 스나 특수질병 등에 관련된 유자를 이용하 여 질병저항이 높은 형질환 가축을 생산 하려는 연구가 시도되어 부분적으로 산업화 단계에 접어들고 있다. 국내에서 황우석 교수 연구팀이 세계 최초로 광우병에 걸리지 않는 소를 개발하여 검증하고 있고, 미국에서도 지 난 2005년 유방염에 저항을 가지고 있는 젖 소를 개발하였다. 또한 다양한 종류의 질환에 관련된 바이러스 유자를 봉입하여 이를 세 포 내에 도입함으로써 현재까지 보고된 것보 다 훨씬 더 효율이 좋고 순도가 높은 백신이 개 발되어 시판단계에 이르렀다. 최근에는 질병을 사에 진단하기 위하여 단일 또는 복합항체를 생산하는 기술이 활발 하게 개발되고 있다. 최근 문제가 되고 있는 조 류 인플루엔자, 돼지의 PRRS, 소의 바이러스 설사 등 악질병도 생명공학기술로 치료가 가능해질 것이다. (2) 유자변형 가축 동물세포 이용 바이오신약의 개발 물질탐색, 임상, 안 유효 판단 등 신약을 제품화하기까지는 10년 정도가 걸리 고, 공 확률은 5,000분의 1에서 1만분의 1이 라고 한다. 또 새로운 의약품 연구개발에 들어 가는 투자비용은 약품 1개당 9,000억 원 이상 이고, 투자비용을 회수하는 데에도 12~15년이 걸리는 등 오랜 시간과 비용이 필요하다(바이 오신약, 한국과학기술정보연구원, 2004). 이를 극복하기 위한 유자변형기술이 개발 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 279

<표 4-10-04> 축산분야 LMOs의 이용 응용분야 이용범위 가축 개량 신품종 작출 장속도 사료효율 육량 육질향상, 신경제 동물 작출 내병 향상 면역기능 강화, 바이러스저항 향상 부산물 품질 향상 피혁 양모 품질 향상 질환모델동물 생산 암, AIDS, 기타 유적 발병 치료연구 대상동물 생산 인간 장기생산 동물 개발 심장, 간, 신장 등 각종 장기생산 동물 작출 유용 생리활물질 생산 유즙, 혈액, 타액, 뇨 이용 바이오신약 생산 (Animal Bioreactor) (EPO, tpa, Factor Ⅷ, GM-CSF, 락토페린 등) 사료작물 생산 GM옥수수, 콩, 면실 등 사료용 곡물 환경저항 사료작물과 목초 생산 되고 있다. 지금까지 고가의 생리활물질인 의료용 단백질은 대부분 동물세포를 이용하여 생산해 왔는데, 이 방법은 안이 높은 반면 에 생산비가 높고 생산량이 낮아 생산원가 가 높은 것이 단점이다. 이러한 문제를 해결 하기 위하여 최근 가축을 이용한 동물 바이오 리엑터가 활발하게 개발되고 있다. 이 방법은 가축의 유즙 오줌 혈액 알 등 을 통하여 의료용 단백질을 대량 생산하는 방 법이다. 지금까지 개발된 의약품 생산방법에 비하여 우수한 것으로 알려져 있다. 미국 GTC 사에서 형질환 산양으로부터 생산한 사람의 안티트롬빈Ⅲ이 유럽(EMEA)에서 판매허가 신 청을 해놓고 있어 곧 상업화가 가능할 것으로 보이는 등 앞으로 10년 이내에 형질환 가축 이 생산한 많은 생물학적인 의약품이 상업화 될 망이다. 국내에서도 농촌진흥청이 개발 한 사람의 빈혈치료제 등이 생산량과 구조 분석을 완료하였으며 산업화를 위한 연구가 진행되고 있다. (3) 유자변형 가축 이용 임상시험 지금까지 인간의 질병치료를 위한 임상시 험은 생쥐 등 실험동물을 주로 이용하고 있으 나, 중 대형 동물을 이용하는 것이 효과적이 다. 유자변형 가축은 유자 치료법 개발, 유 체를 이용한 맞춤형 치료법 개발, 질병저항 검정, 의약품의 약효와 독 검정 등 임상연 구에 다양하게 이용할 수 있어 세계적으로 많 은 연구소에서 실험용 모델가축을 개발하기 위 한 유자변형기술을 개발하고 있다. 예를 들 면 당뇨병 환자가 급격하게 증가하고 있어 농 촌진흥청은 인간과 유사한 유적인 구조를 가 지고 있는 돼지를 이용하여 당뇨병 치료용 유 자변형 돼지 개발을 시도하고 있으며, 당뇨 병 질환모델 돼지가 개발되면 당뇨병 치료법 개발이 가속화될 망이다(표 4-10-04 참조). 280

(4) 형질환기술 이용 사료작물의 생산 미국, 남미, 중국 등에서 제초제저항 옥수 수 콩 면화 등 유자변형 사료가 생산되어 가축사료로 이용이 되고 있거나 앞으로 이용 될 망이다. 이와 같이 유자변형 사료가 개 발되어 상업적으로 이용되는 것은 토지 생산 을 높이고 부족한 가축용 사료를 안정적으 로 공급하기 위한 하나의 수단이다. 또한 세계 적인 토지의 이용 한계이나 기후변화 등을 고려할 때 유자변형 사료의 지속적인 개발 은 불가피하다. 우리나라에서도 내한 목초 나 사료작물 개발이 부분적으로 진행되고 있 는데, 이는 부족한 조사료를 확보하기 위한 수 단으로 연구가 진행되고 있다. 또한 유자변 형 사료의 환경위해이나 안에 관한 심 사와 연구도 추진하고 있어 앞으로 부족한 사 료의 대체수단으로 유자변형 사료 개발이 활기를 띨 망이다. 2. 축산분야 LMOs의 시장 동향 축산분야에서의 유자변형 가축 개발은 아 직 연구 초기단계여서 시장동향을 명확하게 판단하기 어렵다. 그러나 바이오산업의 세계 시장 규모는 2003년에 약 740억 달러이며, 향 후 연간 20% 이상의 장이 예상되어 2013년 에는 약 2,100억 달러로 망된다. 또한 일본의 닛케이(Nikkei)는 BT가 IT NT ET 등과 결합 하면서 생물시장이 빠르게 장하여 세계시장 이 2010년에 7,049억 달러를 능가할 것으로 망하였다. 이중 바이오신약과 장기분야가 70% 이상이 될 것으로 추정하고 있다(바이오신약 장기산업 종합추진계획, 과학기술부 등, 2004). 이 바이오신약과 장기는 유자변형 가축을 이용하여 생산할 수 있다. 2004년 미국 GTC사 는 유자변형 가축인 형질환 산양이 생산 한 사람의 Antithrombin Ⅲ을 유럽의약품허가 청(EMEA ; European Medicines Agency)에 판 매승인을 신청하였고, 미식품의약품국(FDA) 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 <표 4-10-05> 세계 제약 바이오테크 기업 순위 (단위 : 억 달러, 2002년 기준) 순위 종합제약기업 바이오테크기업 기 업 명 매출액 기 업 명 매출액 1 화이자 (Pfizer, 미국) 283 암젠 (Amgen, 미국) 49.9 2 GSK (영국) 282 제넨텍 (Genentech, 미국) 21.6 3 머크 (Merck, 미국) 216 세로노 (Serono, 스위스) 15.3 4 아스트라제네카 (AstraZeneca, 영국) 178 바이오젠 (Biogen, 미국) 11.4 5 아벤티스 (Aventis, 프랑스) 173 엘란 (Elan, 아일랜드) 11.1 6 J & J (미국) 172 젠자임 (Genzyme, 미국) 9.1 출처 : 바이오신약 장기산업 종합추진계획, 과학기술부 농림부 등, 2004 281

에도 판매신청할 계획이다. 판매승인이 나면 유자변형 가축을 이용한 바이오신약의 생산 은 가속화될 망이다. 우리나라 농촌진흥청 에서도 형질환 돼지를 이용한 사람의 EPO 생산기술을 개발하여 영국특허를 획득하는 등 유자변형 가축을 이용한 바이오신약 생산의 산업화 연구를 추진하고 있다(표 4-10-05 참조). 2002년 세계 지역별 의약품 시장규모는 북 미지역이 1,695억 달러로 가장 크며, 다음은 유 럽(1,008억 달러)과 일본 순이다. 세계 의약품 규모 중에서 의료용 단백질 비중은 2001년에 7%에서 2006년에는 10%까지 증가할 것으로 보이는데, 앞으로도 유자변형생물체를 이용 한 바이오신약의 시장 비중이 확대될 망이다 <표 4-10-06> 2002년 세계 지역별 의약품 시장 규모 (단위: 십억달러) 지 역 유럽 북미 남미 일본 기타지역 시장 규모 100.8 169.5 30.5 45.8 59.3 백분율(%) 24.8 41.8 7.51 11.3 14.6 출처 : ITIS(Industrial Technology Intelligence Services), Taiwan 2004 <표 4-10-07> 세계 의약품 중 의료용 단백질 비중 (단위: 십억달러) 연 도 2001 2002 2006 의약품 시장 규모 381.3 418.2 663.7 의료용 단백질 시장 규모 26.8 33 66 의료용 단백질의 비율 (%) 7 7.9 10 출처 : ITIS(Industrial Technology Intelligence Services), Taiwan 2004 <표 4-10-08> 세계 주요 질환별 생명공학 의약품 개발현황 구분 암 관련제품 염질병 면역질병 순환기질병 AIDS 관련제품 신경질병 호흡기질병 기타 품목수 154 43 26 19 17 16 14 67 출처 : Medicines in Development Biotechnology, PhRMA, 2004 <표 4-10-09> 세계 EPO 시장 변화 추이 (단위: 십억달러) 연도 1998 1999 2000 2001 2004 2006 시장 규모 2,000 3,265 5,787 6,803 9,478 10,212 출처 : Company reports : ScinoPharm, 2003 ; Mayne, 2002 ; Ribapharm, 2002 ; Datamonitor, Therapeutic Proteins: Strategic Market Analysis and Forecast to 2010, 2002. 8 282

(표 4-10-06 ~ 표 4-10-09 참조). 우리나라에서는 동아제약과 LG화학 등에서 독자적으로 동물세포 배양법을 이용한 빈혈치 료제인 EPO 생산기술을 개발함으로써 바이오 신약 생산의 기반기술을 확보하였다. 현재까 지 개발된 바이오 제품 중에서는 암 관련 치 료제가 154종으로 가장 많고, 염 질병, 면 역 질병, 순환기 질병 치료제 순이다. 유자 변형 가축을 이용한 신약도 다양하게 개발하 여 임상시험을 진행중이다. 3. LMOs의 산업화 연구 동향 2000년대에 진입하면서 세계 각국의 바이오 산업은 많은 어려움에 직면하였으나, 2003년 이후부터 미국을 중심으로 회복세를 보이고 있다. 유럽국가는 미국에 비해 떨어지고 있다. 미국의 바이오산업은 기술 주도에서 제품 주 도로 환하였고, 기업이 바이오산업을 주도 하여 기업에 대한 투자가 활발하게 이루어지 고있다. 미국의 바이오 제품은 2002년 대비 2003년 에 25% 증가하였으며, 미생물산업협회(BIO)에 따르면 2004년 미식품의약품국(FDA)에서 검 토중인 생물의약은 50여 종에 이르고, 300여 종의 의약품에 대하여 임상 3상이 진행중이며, 2008년에는 66개의 바이오기업이 187개의 제 품을 출시할 것으로 보고 있다(권영관, 선진국 의 바이오제품 상업화 동향, 보건산업기술동 향, 한국보건산업진흥원, 2005). 이렇게 미국의 바이오산업이 발달하게 된 배경은 산업화 중심의 제품 개발과 주 정부의 지원이 활발하게 이루어지고 있기 때문이다. 우리나라 역시 바이오분야의 연구 잠재력이 충분하고 정부에서도 차세대 장동력사업으 로 선정하여 지원을 아끼지 않고 있기 때문에 수년 이내에 선진국과 경쟁이 충분할 것으로 예상된다. (1) 국내 주요 유자변형 가축 개발 현황 유자변형기술은 축산업의 문제점을 해결 해주고 생산 향상, 품질 영양 개선 등 축산 업 생산에 직접 활용할 수 있는데다 의약품 생 산 등 축산업의 영역을 고부가가치 산업으로 확대할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 그래서 <표 4-10-10>에서처럼 이미 국내의 많은 연구 기관과 대학에서 형질환 가축으로부터 의료 용으로 이용되는 유용 단백질 생산과 이용에 관한 연구를 진행하고 있다. 최근 농촌진흥청(축산연구소)에서는 재조 합 유자를 이용하여 형질환시킨 후 돼지 에게서 사람의 치료제인 EPO(Erythropoietin ; 신장에서 분비되어 적혈구를 만드는 호르몬), tpa(tissue Plasminogen Activator ; 혈관 내에 형 된 혈을 용해하는 작용), vwf(von Willebrand Factor ; 혈우병의 일종인 폰 빌리브 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 283

( <표 4-10-10> 국내 주요 유자변형 가축 연구개발 현황 기관명 제품명 시기 주요내용 한국생명공학연구원 젖소 1998 유즙에서 사람 락토페린 생산 농촌진흥청 돼지 1999 유즙에서 사람 EPO 생산 한국생명공학연구원 염소 1999 유즙에서 GM-CSF 생산 농촌진흥청 돼지 2000 섬유소 분해효소(CelD) 분비 엠젠바이오 돼지 2003 GEF 유자도입 형질환 복제 돼지 서울대학교 소 2003 광우병 억제 형질환 복제 소 개발 농촌진흥청 돼지 2003 유선과 오줌에서 tpa를 분비 서울대학교 돼지 2004 인체 면역관련 유자 도입 미니돼지 생산 농촌진흥청 소 2004 GFP발현 형질환 체세포 복제 소 농촌진흥청 돼지 2004 Von Willibrand factor를 유즙에서 분비 가톨릭의대(대구) 닭 2004 Virus를 이용한 EGFP 유자 발현 충남대학교(주)엠젠바이오 돼지 2005 유즙에서 GM-CSF 생산 경상대학교 돼지 2005 인체 EPO 생산 형질환 복제 돼지 (그림 4-10-01) EPO 생산 형질환 돼지 (그림 4-10-02) EPO의 약리적 활 검정 세 포 활 1.2079 0.9075 도( O D5 9 5 n m 0.1530 0.1754 EPO 무첨가 일반돼지 유즙 hepo 돼지 유즙 국내 L사 hepo 284

4부 (그림 4-10-03) 빈혈치료제 혈우병치료제 분리 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 (그림 4-10-04) 형질환 닭 생산기술 확립 제 10 장 L M Os 대구 가톨릭의대, 농진청 공동 개발 의 응 용 산 업 화 란트 질병 치료제)를 생산하는 형질환 돼지 개발에 공하였다. 또한 서울대, 건국대, 경상 대, 대구가톨릭의대, 충남대 등 대학과 한국생 명공학연구원 등 많은 기관에서 가축의 유 자변형에 공하였거나 기술을 가지고 있다 (그림 4-10-01~ 그림 4-10-04 참조). (2) 국외 주요 유자변형 가축 개발 현황 1998년 미국의 Genzyme Transgenic사(GTC) 는 사람의 혈증 치료제로 사용되는 안티트 롬빈(Antithrombin) III(ATrynr)를 유즙으로 생 산할 수 있는 형질환 산양을 생산하고 동물 특허등록(U.S. Patent 584만 3,705)하여 현재 임상실험을 끝내고 세계 최초로 유럽에 판매 허가를 신청하였다. 네덜란드 Pharming사는 285

<표 4-10-11> 유자변형 가축 생산 의약관련 제품 연구현황 제품(생산물) 용도 개발단계 개발기관(연구소) 5G1.1 Rheumatoid arthritis Nephritis Preclinical Alexion-GTC Biotherapeutics α-1 Antitrypsin Hereditary emphysema Cystic fibrosis I-T Bayer-PPL ARC α-fetoprotein(rhafp) Myasthenia gravis Multiple sclerosis Rheumatoid arthritis Phase II Merrimack-GTC ABX-EGF Cancer Phase II Abgenix-Amgen ABX-IL8 Rheumatoid arthritis I-T Abgenix-GTC Antithrombin III(ATryn ) Emboli Thromboses Phase III Seeking marketing approval GTC Bile salt-stimulated lipase Cystic fibrosis Fat malabsorbtion I-T AstraZeneca-PPL Butyrylcholinesterase (ProtexiaTM) Biodefense Preclinical Nexia C1 inhibitor Hereditary angioedema Phase III Pharming Calcitonin Osteoporosis I-T PPL CD137 agonist Solid tumors Preclinical Mayo Clinic-GTC CFTR Ion transport Cystic fibrosis I-T GTC Collagen Rheumatoid arthritis Preclinical Pharming CTLA4Ig Rheumatoid arthritis Preclinical Bristol-Myers Squibb-GTC D2E7 Rheumatoid arthritis Preclinical Abbott-GTC Erythropoietin Anemia Preclinical Avigenics Extracellular superoxide dismutase Ischemic reperfusion injury I-T Pharming Factor VIII Hemophilia A Preclinical ARC-Pharming Factor IX Blood coagulation Hemophilia Preclinical GTC, PPL, ARC-Pharming Fibrinogen Tissue sealant development Preclinical Pharming G-CSF Leukopenia Preclinical Avigenics Glucagon-like peptide-1 Type 2 diabetes I-T PPL Glucosidase Glycogen storage disease I-T Pharming Glutamic acid decarboxylase Type 1 diabetes I-T GTC-BioSyn Hemoglobin Blood substitute development I-T Baxter Human growth hormone Growth failure Turner's syndrome Cachexia I-T GTC Human serum albumin Blood pressure Trauma Burn treatment Preclinical Fresenius-GTC Humanized antibodies Various indications Phases I, II and III Medarex Humanized polyclonal antibodies Various indications Preclinical Hematech Avigenics hun901 Small-cell lung cancer Preclinical ImmunoGen-GTC Insulin Diabetes I-T GTC Interferon Antiviral Preclinical Avigenics Lactoferrin Immunomodulatory Anti-inflammatory GRAS filing Phase I Pharming Lysozyme Antimicrobial Immune modulator I-T UC-Davis Merozoite surface protein 1 Malarial vaccine Preclinical GTC PRO542 HIV/AIDS Preclinical Progenics-GTC Prolactin Enhancement of immunity I-T GTC Protein C Blood coagulation I-T ARC PPL Remicade Crohn's disease Rheumatoid arthritis Preclinical Centocor-GTC Rotavirus virus-like particles Vaccine development Preclinical Bioprotein Spider silk(biosteeltm) Materials development Preclinical Nexia Tissue plasminogen activator Dissolution of blood clots Heart attacks I-T Genzyme Tissues or organs Engineered for xenotransplantation Preclinical Alexion Bresagen Novartis Mayo Clinic Tysabri (formerly Antegren ) Neurological disorders Preclinical Elan-GTC Xenomouse (fully human antibodies) Various indications Various Abgenix Abbreviation: GRS filling, generally regarded as safe ; I-T, transgenic productmanufacture inactive or terminated 출처 : DDT, foundation Review Transgenic animals and their impact on drug discovery industry, Vol. 10, 2005. 286

사람의 근위축증(Pompe Disease) 질환 치료제 인 α-glucosidase, 영국의 PPL사는 폐기종 (Emphysema) 치료제인 A-1-Anti-Trypsin(AAT) 등을 생산하는 유자변형 가축을 개발하는 등 세계적으로 많은 유자변형 가축이 개발 되었다. 해외에서 의료용 제품 생산과 관련된 유자변형 가축의 주요 연구현황은 <표 4-10- 11>과 같다. (3) 국외 주요 유자변형 사료작물 개발 현황 1990년대 이후 식물분야 생명공학기술이 활 발하게 진행되었다. 많은 연구자들이 유용 유 자를 탐색하고 이용기술을 개발하였으며, 새로운 기능 유자를 이용하여 유자변형 사료작물(식용포함)을 개발하였고, 유자변 형 옥수수 콩 유채 등이 가축사료로 이용되 고 있다. 국내에서는 외국에서 개발된 유자 변형 사료인 옥수수 대두박 면실박 채종 박 등에 대하여 PCR 방법을 이용하여 2002년 2 회, 2003년 2회, 2004년 1회 GMO 검출 모니터 링을 실시하였고, 유자변형 사료에서 나온 단백질이 가축에게 이용가능한지에 대한 유 자변형 사료의 안 연구도 수행하고 있다. 제3절 의약품산업 LMOs 의약품이란 생물공학의 핵심기술인 유자재조합기술로 생산한 고부가가치의 단 백질이나 펩타이드 의약품을 일컫는다. 유 자재조합기술은 한 생명체에 존재하는 유자 의 일부를 절단하여 다른 생명체의 유자에 끼워넣는 기술이지만, 일반적으로 특정 단백 질을 빠른 시간에 대량 생산하기 위해서 가능한 한 복제 속도가 빠른 대장균이나 효모와 같은 미생물에 유자를 삽입하는 것이 보편적이다. 가령 인체에 필수적인 특정 단백질이 결핍 되면 질환이 일어나는데, 이를 치료하기 위해 서는 인체 유래 단백질을 투여해야 한다. 대표 적인 LMOs 의약품인 인간 장호르몬은 대장 균을 이용하여 대량 생산되어 왜소증 치료제 로 쓰이고 있다. 만약 유자재조합기술이 없 었다면 반드시 장호르몬을 분비하는 사람의 뇌 조직이 있어야 했고, 그 양도 극히 제한적이 어서 가격 또한 매우 고가였을 것이다. 1. LMOs 의약품의 중요 LMOs 의약품의 중요은 이미 지난 20여 년 간 실제로 의약시장에서 얼마나 빠른 속도로 장하고 있는지, 그리고 그 부가가치가 얼마 나 큰지 살펴보면 쉽게 이해할 수 있다. 2000년 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 287

세계 의약품시장 규모는 약 3,200억 달러(약 384조 원) 규모인데, 이 중에서 단백질 제품의 시장 규모는 약 300억 달러(3조 6,000억 원, 총 생물산업시장 규모 540억 달러 중 60% 차지 기 준)로 약 10%를 차지하고 있다(단백질 제품기 술 로드맵, 산업자원부, 2001). 그러나 체 의 약품시장 장률이 약 10%인데 비해 유자재 조합 단백질 의약품시장의 장률은 2~3배 이 상 고장중이다. 대표적인 사례로 만신부 관련 빈혈치료 제인 EPO(Erythropoietin)가 있다. 이 재조합 단 백질은 2002년한해동안암젠사가 Epogen 이라는 이름으로 약 23억 달러(2조 8,000억 원) 매출을 올렸으며, 존슨앤존슨사는 Procrit 라 는 이름으로 34억 달러(약 3조 7,000억 원)의 매출을 올려 모두 57억 달러(약 6조 5,000억 원)라는 엄청난 블록버스터를 만들어 냈다 (Ernst & Young LLP, America s Biotechnology Report, 2003). 이 정도 매출액이라면 우리나라 수백 개 제약사가 1년간 벌어들인 매출액의 80%에 해당하기도 하지만, 그 부가가치에서 더욱 차이가 난다. 현재 매출액 10억 달러(약 1조 2,000억 원) 이상을 올린 거대 단백질 의약품은 8개 제품이 다. 이들의 연간 매출 규모는 150억 달러(18조 원)인데, 모두 유자재조합기술로 생산되고 있는 인체 유래 단백질이다. 이처럼 인체의 질 병과 관련된 탁월한 단백질 하나만이라도 지 적재산권을 갖게 된다면 적어도 15~20년간 한 기업이 1조원 규모의 매출과 엄청난 부가가치 를 유지하며 안정적으로 장할 수 있다. 따라서 세계 생명공학 관련 대학이나 병 원, 연구소, 기업들이, 나아가 국가들이 새로운 블록버스터를 찾아 치열하게 경쟁하고 있다. 마침 2000년에 미국을 중심으로 한 인간 게놈 프로젝트팀과 미국 벤처기업인 셀레라사가 인 체 유자를 구하는 30억 개 염기서열을 모 두 해독하면서 앞으로 생물산업은 더욱 빠른 속도로 발할 것이고, 더 많은 유자재조합 의약품 블록버스터가 출현할 것이다. LMOs 의약품의 중요을 간략하게 요약하 면 다음과 같다. 첫째, 이제까지 인류에게 난치으로 알려 진 많은 질병을 치료하는 데에 매우 유용하다. 대부분의 질환은 특정 단백질이 결핍되거나 과다하게 분비되어 발생하므로 이를 조절할 수 있는 치료제가 개발된다면 화학약품에 비 해 좀더 안하고 좋은 효능을 가진다. 둘째, 부가가치 측면이나 시장독점이 매 우 크다. 물질특허를 보유하면 20년간 독점적 으로 판매할 수 있으며 부가가치 또한 대단히 높다. 빈혈치료제인 EPO의 1g 당 판매가가 약 67만 달러(8억 원)의 가치를 가지고 있으며, 1g 의 금값과 비교하면 5만 배를 상회한다. 셋째, 다른 산업제품과 비교하여 친환경적 이다. 자동차나 조선, 석유화학 제품을 생산할 때 들어가는 막대한 에너지와 제조과정에서 배출되는 폐기물을 고려할 때 LMOs 의약품의 288

제조는 대단히 환경친화적이다. 넷째, 기술집약적이기 때문에 우수한 두뇌 를 많이 확보한 우리나라에 적합하다. 1980년 대 이후 생명공학 분야는 어느 분야보다 많은 우수인력이 미국 등 선진국에서 교육 연구 경험을 하여 국제 경쟁력을 갖추고 있다. 2. LMOs 의약품의 시장 연구 개발 동향 (1) 세계 동향 LMOs 의약품은 모두 단백질 제제이며, 이들 의 세계시장 규모는 정확하게 예측하기 어려 우나 2001년 산업자원부 단백질 제품기술 로 드맵에 따르면 단백질 제품의 세계시장 규모 는 1997년 기준으로 약 188억 달러에서 2000년 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 <표 4-10-12> LMOs 단백질 제품 세계시장 규모 (단위 : 억 달러) 구분 의약용 단백질 산업용 단백질 합계 1997 125 63 188 2000 216 108 324 2003 296 148 444 출처 : 단백질 제품기술 로드맵, 산업자원부, 2001 L M Os 의 응 용 산 업 화 <표 4-10-13> 2002년 블록버스터 LMOs 의약품 매출 규모 (단위 : 백만 달러) No. 상품명 판매회사 판매액 1 Procrit Johnson & Johnson(J&J) 3,984 2 Epogen Amgen 2,400 3 Intron-A Schering-Plough 1,851 4 Remicade J&J 1,729 5 Enbrel Amgen 1,600 6 Epogin/Neo Recormon Roche and Chugai Pharmaceuticals 1,560 7 Aranesp Amgen 1,500 8 Rituxan Biogen IDEC 1,489 9 Neulasta Amgen 1,300 10 Neupogen Amgen 1,300 11 Avonex Biogen IDEC 1,168 12 Humulin Eli Lilly 1,060 13 Humalog Eli Lilly 1,021 합계 21,962 출처 : Global Biotechnology Report, 미국 Ernst & Young, Resurgence, 2004. 6 289

324억 달러 규모로, 2003년에는 444억 달러로 추정된다. 그 중에서 의약용 단백질이 차지하 는 비중이 67%이고, 유자재조합기술로 생산 한 의약품이 체 의약용 단백질의 70%를 차 지하고 있다. 즉, 생물산업 제품 체 세계시장 의 60%가 단백질 제품이며, 단백질 제품에서 도 유자재조합 단백질 의약품이 산업을 선 도하고 있다(표 4-10-12 참조). 특히 매출액이 10억 달러 이상인 13개의 LMOs 의약품이 거대 의약품군으로 자리잡으 면서 생물산업 체의 발과 장을 선도하고 있다. 새로운 첨단기술산업으로서의 위치를 견고히 다져가고 있는 것으로, 2003년 기준으 로 이들 13개 제품의 세계시장 규모는 220억 달러에 이른다(표 4-10-13 참조). LMOs 의약품은 생명공학의 가장 핵심분야 이며 인류가 꿈꿔왔던 난치 질환의 치료를 가능하게 했을 뿐만 아니라 첨단산업의 대표 적인 공사례라고 할 수 있다. 미생물산업협 회(BIO) 자료에 따르면 미식품의약품국(FDA) 이 1982년에서 2004년 사이에 허가한 새로운 생물의약품이 모두 340개인데, 이 중에서 절반 이 넘는 184개가 2000년 이후에 허가되었다. 2004년 한 해만 해도 52개 제품이 허가되는 등 <표 4-10-14> 미국 FDA의 바이오의약품 승인현황 연도 승인건수 연도 승인건수 연도 승인건수 1982 2 1990 5 1998 25 1983 0 1991 9 1999 20 1984 0 1992 4 2000 34 1985 1 1993 7 2001 25 1986 5 1994 7 2002 36 1987 3 1995 15 2003 37 1988 3 1996 25 2004 52 1989 6 1997 19 - - 합계 340 출처 : 과학기술정책 아카데미 발표 종합자료, 미국생물산업협회 한국바이오산업협회, 2005 <표 4-10-15> 미국 Amgen사의 경영상황 (단위: 백만달러) 구분 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 매출액 2,088 2,220 2,514 3,043 3,202 3,511 4,991 7,868 9,977 총수입 2,240 2,401 2,718 3,340 3,629 4,016 5,523 8,356 10,550 R&D투자액 528 632 663 823 845 865 1,117 1,621 2,028 순이익 680 644 863 1,067 1,139 1,277 1,662 2,539 2,363 출처 : Annual Report, Amgen Inc., 2005 290

4부 <표 4-10-16> 2004년 Amgen사 제품 판매현황 (단위 : 백만 달러) 상품명 일반명 용도 FDA 승인 연도 매출액 Epogen Epoetin-alpha 빈혈치료 1989 2,601 Neupogen Filgrastin 호중구감소증 치료 1991 1,175 Enbrel Etanercept 류마티스관절염 치료 1998 1,900 Neulasta PEG-filgrastin 호중구 감소증치료 2002 1,740 Aranesp Darbepoetin-alpha 빈혈치료 2002 2,473 기타 88 합계 9,977 출처 : Annual Report, Amgen Inc., 2005 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 빠른 증가 추세를 보이고 있다(표 4-10-14 참조). 이미 미국은 인슐린과 장호르몬 등 대표 적인 바이오의약품 상품화에 공하여 수익을 창출하는 업체가 여럿 존재한다. 현재는 형질 환 동 식물을 이용한 재조합 단백질 생산 개발과 유자정보 해독, 신규 단백질 개발 등 차세대 바이오의약품 개발에 주력하고 있다. 특히 1980년 미국의 조그만 벤처기업으로 시작된 암젠사는 생명공학(BT) 산업의 대표적 인 공사례이기도 하다. 설립 16년 만인 1996 년에 매출 20억 달러(2조 4,000억 원)에서 2004 년에는 매출 규모 106억 달러(약 11조 원)의 거 대한 제약회사로 공하였다(표 4-10-15 참조). 암젠사의 2004년 매출액은 우리나라 제약 산업 규모를 이미 상회하고 있다. 순이익 규모 만 살펴보아도 체 매출액의 24%(2조 5,000억 원)라는 기록적인 흑자를 거두고 있고, 20억 달 러(2조 1,000억 원)에 이르는 연구개발비 투자 는 우리의 상상을 초월한다. 2004년 주요 생산 제품으로는 빈혈치료제인 Epogen, 호중구감 소증 치료제인 Neupogen, 류마티스 관절염 치 료제인 Enbrel이 있다. 2002년 신제품으로 개 발된 Neulasta와 Aranesp 두 가지 제품의 매출 도 각각 17억 달러, 25억 달러를 기록하고 있 다. 게다가 놀라운 사실은 판매되는 제품이 모 두 10억 달러가 넘는 거대 의약품으로 자리잡 고 있다는 점이다(표 4-10-16 참조). (2) 국내 동향 국내에서도 1980년 이후 생명공학산업의 중 요에 대한 인식이 확산되면서 다양한 정부 차원의 육정책이 추진되었으나, 연구개발 과가 매출로 연결되지 못해 다소 머뭇거림 이 있었다. 그러나 1990년대 중반 이후 다시 본 격적으로 시스템을 정비하고 연구개발에 박차 를 가하면서 일부 LMOs 의약품들이 시장에 진 출하는 데 공하였다. 더욱이 2000년 10월 대통령 주재의 바이오 산업 발방안 보고회의에서 범부처 차원에서 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 291

<표 4-10-17> 국내 바이오산업 분야 수급규모 추정 (단위 : 억원, %) 공급 수요 연도 생산 수입 합계 내수 수출 금액 비중 금액 비중 금액 비중 금액 비중 2002년 실적 18,934 80.8 4,493 19.2 23,427 14,232 60.8 9,195 39.2 2003년 실적 20,791(9.8%) 80.2 5,132(14.2%) 19.8 25,923(10.7%) 15,985(12.3%) 61.7 9,938(8.1%) 38.3 2004년 추정 24,500(17.8%) 81.7 5,500(7.1%) 10,820(8.9%) 18.3 30,000(15.7%) 19,180(20.0%) 63.9 (5.0억 달러) (9.8억 달러) 36.1 주) 1. 2004년 수급 규모는 한국바이오산업협회 추정자료 2. 2002년 2003년 기준은 달러 적용, 2004년 환율 1달러 = 1,100원 적용 3. ( )의 %는 2003년과 2004년의 년 대비 증가율, 달러는 수출과 수입액 출처 : 2002년 2003년 국내 생물산업 실태조사, 산업자원부 기술표준원 산업연구원 한국바이오산업협회, 2004 <표 4-10-18> 국내 주요 유자재조합 의약품의 생산실적 (단위: 억원) 분명 B형 간염백신 EPO G-CSF Interferon-alpha hgh Insulin 합계 매출액 290억 원 213억 원 30억 원 157억 원 204억 원 70억 원 964억 원 출처 : 2003년 의약품 등 생산 실적, 한국제약협회, 2003 바이오산업을 국가 핵심략산업으로 선정하 고 집중 육하면서 다시 한 번 붐이 일어나 고 있다. 그동안 대표적인 공사례로 녹십자 와 LG의 유자재조합 B형 간염 백신을 들 수 있다. 이 제품은 국내는 물론 세계적으로도 품 질과 기술력을 인정받아 지속적인 수출로 매 출장이 이루어지고 있다. 2004년 국내 바이오산업 분야의 수급규모는 2003년 대비 15.7% 증가한 3조 원으로 추정된 다. 또한 수요부문 중에서 내수가 1조 9,180억 원(년 대비 20.0% 증가) 규모이며, 수출이 1 조 820억 원(년 대비 8.9% 증가) 규모이다. 또한 공급부문 중에서 생산이 2조 4,500억 원 (년 대비 17.8% 증가) 규모이고, 수입이 5,500억 원(년 대비 7.1% 증가) 규모이다(표 4-10-17 참조). 현재 국내 LMOs 단백질 제품의 시장규모는 2003년 기준으로 2,000억 원 규모일 것으로 추 정되는데, 그 이유는 국내시장의 절반이 국내 생산이며 나머지 절반은 수입품이 차지하고 있기 때문이다(표 4-10-18 참조). 국내에서의 LMOs 의약품 시장동향을 살펴 292

보면, 당뇨병 치료제인 인슐린이 수입판매된 것을 시작으로 1990년대에 들어 인터페론, 장호르몬, EPO, 콜로니자극인자인 G-CSF 등이 국내 자체기술로 개발되어 시판되고 있다. 그 러나 아직까지 단백질 의약품 분야에서의 개 발과는 주로 선진국에서 개발한 단백질 의 약품의 국산화 수준에 머물러 있는 상태이다. 인간 장호르몬은 1980대 말 수입판매되기 시작하였는데, 1990년대 중반부터 국내 자체 기술로 개발하여 현재 LG화학 동아제약 녹 십자 등이 판매하고 있다. 항암 단백질 치료제 중에서 암치료 보조제로 사용하는 GM-CSF는 LG화학에서 개발 완료하여 시판중이며, G-CSF 는 조혈간세포로부터 과립구와 거식세포로 숙되는 과정에 작용하는 물질로 동아제약이 최초로 개발하여 발매하고 있다. 항암치료를 위해 생물학적인 요법 때 쓰이는 인터페론-α를 LG화학 녹십자 동아제약이, 인터페론-γ를 LG화학 제일제당이 시판하고 있다. 그리고 인체 내의 조혈세포 형을 유도하 는 것으로 알려진 EPO는 제일제당이 1998년 국내 최초로 자체개발하여 발매하고 있으며, 이 어서 이를 LG화학과 동아제약이 개발하고 발매 하여 국내시장에서 빠른 장세를 보이고 있다. 최근에는 세계시장의 변화에 발맞추어 인터 페론, 장호르몬, EPO와 같은 단백질 치료제 의 경우 PEG, Microsphere 등을 이용한 지속 제제 개발연구가 이루어지고 있다. 최근 대웅 제약은 상피세포 장인자(EGF)를 당뇨 족 부궤양 치료제로 개발하는데 공하였고, 녹 십자는 골다공증 치료제(PTH)에 대한 임상시 험을 진행중이다. 공하면 국내기업이 개발 한 최초의 세계적인 유자재조합 의약품이 될 것으로 기대된다. 또한 유자재조합 단백 질 의약품 개발분야에 새롭게 진입한 이수화 학은 치료용 항체 개발을 주요 사업목표로 혈 소판 응집 억제용 단일항체를 동물세포 배양 을 통해 대량 생산하는데 공하여 임상시험 단계에 들어가 있다. 국내 세포조절 단백질 중에서 EPO는 1999 년 기준으로 약 200억 원의 시장 규모를 나타 내고 있으며, 이 외에도 G-CSF, 장호르몬, 인 슐린, 인터페론-γ등이 100억 원 이상의 시장을 형하고 있다. 그러나 아직도 국내 LMOs 의 약품시장은 미국과 비교할 때 태동기 또는 유 아기 단계에 머물러 있는 수준이다. 2000년 기 준 국내시장 규모는 세계시장의 1.1%, 미국의 2.7% 수준에 머무르고 있다. 이는 세계시장에 진입하기 위해서는 신규 단백질 발굴과 물질 특허권 확보가 관건인데, 선진국과의 경쟁에 서 연구개발비 규모나 인프라 측면에서 부족 함이 많기 때문으로 보인다. 이를 해결하기 위해서 20여 년간 습득한 제 조공정의 최적화를 통한 원가절감으로 이미 특허가 만료된 단백질 의약품을 제3세계에 수 출하고, 개량형 단백질을 제조하는 등 틈새시 장을 공격하는 것도 단기적으로 좋은 략이 될수있다. 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 293

<표 4-10-19> 선진국 대비 우리나라의 원천기술 수준 비교 구분 기술명 기술수준 선진국 한국 유자재조합기술 100 85 단백질공학기술 100 70 단백질발현시스템개발기술 100 75 유자재조합 의약품 재조합균주배양기술 100 90 생산 관련 기술 재조합세포배양기술 100 65 단백질 엔지니어링분리정제기술 100 65 생물기술 100 35 신물질창출기술 안평가기술 100 30 신물질탐색기술 100 25 종합평가(평균) 100 60 출처 : 생물산업의 발략, 산업연구원, 1999 <표 4-10-20> 주요 바이오 의약품 특허 만료현황 No. 상품명 일반명 개발기업 만료시기 1 Humulin Human insulin Eli Lilly 2001 2 Cerezyme 또는 Ceredase Alglucerase Genzyme 2001 3 Intron A Interferon alpha-2b Schering-Plough 2002 4 Avonex Interferon beta-1a Biogen 2003 5 Humatrope Somatotropin Eli Lilly 2003 6 Nutropin Somatotropin Genentech 2003 7 Epogen 또는 Procrit Epoetin alfa Amgen, J&J, Sankyo 2004 8 Novolin Human insulin Novo Nordisk 2005 9 Activase Alteplase Genentech, Boehringer Ingelheim, Mitsubishi, Kyowa Hakko 2005 10 Protropin Somatrem Genentech 2005 11 Neupogen Filgrastim Amgen, Roche 2006 출처 : Chemical & Engineering News, 2002. 9 3. 장애요인 극복방안 LMOs 의약품의 산업화를 위해서는 유자 재조합기술, 재조합균주배양기술, 단백질분 리정제기술, 생물엔지니어링기술 등 다양한 원천기술이 필수적이다. 제품 수출을 통한 국 제경쟁력을 확보하기 위해서는 품질과 더불 어 제조에 대한 국제수준의 cgmp 설비, 국제 공신력을 갖춘 임상 임상시험이 부가적 으로 필요하다. 다행히 제조에 필요한 유자재조합기술과 재조합 균주배양 최적화기술은 선진국 수준 294

과 비슷하지만, 최종제품을 생산하기 위한 단 백질분리정제기술, 생물엔지니어링기술 등은 선진국에 비해 아직도 낙후되어 있어 실험실 수준에서의 우수한 연구결과들이 실제 산업화 와 연계되지 못하고 있다. 게다가 신물질 창출 을 위한 신물질탐색기술은 선진국의 25% 수준 에 불과할 정도로 취약하고, 최근 등장하고 있 는 생물정보학 분야는 초보수준에 머물러 있 다(표 4-10-19 참조). 따라서 LMOs 의약품의 개발에서 문제점으 로 드러난 기술적 제도적 제약들을 단계별로 극복하여 선진국과의 기술경쟁력을 확보해야 할 것이다. 극복방안을 요약하면, 우선 단기적 으로 우리가 비교적 경쟁력있는 유자재조합 균주 개발과 배양기술을 최적화하여 수입에 의존하는 단백질 의약품을 우선 국산화하고 국내수요를 충족시킨다. 이미 거대품목으로 자리잡고 있으면서도 물질특허가 만료된 제 품을 국산화하여 외화누출도 차단한다(표 4-10-20 참조). 그리고 국내시장에만 안주하지 말고 중동 동유럽 남미 등 제3세계에 수출 또는 플랜트 수출을 통한 시장 확대에 좀더 적극적으로 나 서야 한다. 물질특허 장벽을 넘지 못하는 품목 이라면 이미 우리나라에서 좋은 선례를 가지고 있는 변형기술을 이용하여 흡수율과 안을 올리거나 투여경로를 편리하게 하는(주사제를 경구용으로 하는 등) 방법으로 개량형 단백 질 의약품을 만들어 세계시장에 진입한다. 세계적인 신규 첨단 단백질 의약품 개발은 오랜 기초연구를 통해 얻어지는 것이므로 대 학과 유기적인 산학협력 체계를 공고히 할 필 요가 있다. 최근 들어 국내 대학 연구진들이 세계적인 우수저널에 발표하는 새로운 유 자 또는 신규 단백질을 단순히 학술적인 단계 에 머무르지 않도록 기업의 장기적인 투자가 요청된다. 4. 향후 망 생물산업(바이오산업 ; Biotechnology Industry)은 생명공학기술로 생명체가 가지고 있는 기능과 정보를 활용하여 인류가 필요로 하는 유용물질을 생산하는 최첨단 산업을 말 한다. 생물산업은 그 파급 효과와 장이 커 서 화학 자 에너지 의약 환경 농 업 식품 등 다양한 분야와 접목하여 눈부시 게 발하고 있다. 생물산업의 핵심기술에는 유자재조합기 술, 세포융합기술, 단백질공학기술, 세포배양 생물공정기술 등이 있다. 그러나 인류가 가 장 희망하는 것은 건강하게 오래 사는 것이기 때문에 많은 선진국의 생명공학기업들은 가장 부가가치가 크고 장잠재력이 큰 시장인 의 약품 개발에 치중하고 있는 것이다. 특히 LMOs 의약품은 그 대상물질이 인간 생 명에 기본에 되는 주요 단백질이다. 현재까지 4부 유 자 변 형 생 물 체 안 평 가 제 10 장 L M Os 의 응 용 산 업 화 295

10여 개의 인체 단백질이 각각 10억 달러 이상 의 매출 규모를 가진 거대 의약품으로 자리 잡 아가고 있다. 최근 사람의 유체 서열이 해독 되면서 인체에는 약 4만 개의 단백질체가 존재 하는 것으로 예측되는데, 지금까지 기능이 밝 혀진 것은 1% 미만이다. 나머지 99%의 단백질 이 하나씩 기능이 밝혀지면서 새로운 거대 의 약품이 출현할 것이다. 따라서 유자재조합 의약품의 시장 규모는 미국 암젠사의 경우에서 보듯이 세계적인 평가 기관들이 제시한 평균 장률 15~20%를 훨씬 능가하는 40~50%의 고장을 이룰 것으로 망 된다. 이는 기존 제품의 시장 장보다도 신규 단백질 의약품의 판매로 인한 것이기 때문이다. LMOs 의약품은 생명공학의 꽃이며 국가경 제에 가장 핵심이 되는 장동력 산업인 셈이 다. 이는 21세기를 살아가는 우리에게 하나의 기회이며 도이다. 우리나라에 미국 암젠사와 같은 기업이 탄생할 수 있다면, 그것은 우리나라 연구진들이 새롭게 찾아낸 인체 단백질에 기 인할 것으로 확신한다. 결코 서둘러서 이루어 지는 것은 아니기 때문에 국가적이고 제도적 인 지원과 함께 연구진들의 사명감과 노력이 이어진다면 머지않아 우리나라에서도 세계적 인 단백질 신약이 출현할 것으로 기대된다. 296