합성생물학 .라온 .

▲ ‘국가 바이오 파운드리’ 구축해 합성생물학 육성한다 ▲
바이오 분야 판도를 바꿀 전략기술인 ‘합성생물학’ 육성을 위해 핵심 기반 시설인 바이오 파운드리를 국가 주도로 구축한다. 이종호 과학기술정보통신부 장관은 11월 29일 경기 수원 광교 CJ제일제당을 방문, 이곳에 구축한 바이오 파운드리 시설을 살펴보고서 이런 내용의 ‘국가 합성생물학 이니셔티브’를 발표했다.

정부는 2023년부터 ‘국가 바이오 파운드리’를 구축해 인공세포 설계-제작이 가능한 세계 최고 수준의 코어 인프라로 운영할 계획이다. 바이오 파운드리란 디지털 기술을 접목해 합성생물학의 모든 과정을 표준화·고속화·자동화한 인프라로, 유용한 인공세포나 바이오 소재를 개발·생산할 수 있다.

모더나사의 코로나19 백신은 대중에게 최근 가장 잘 알려진 바이오 파운드리 활용 사례다. 합성생물 분야 기업인 징코바이오웍스(Ginkgo Bioworks)는 바이오 파운드리를 활용해 대량으로 균주를 생산해 모더나에 제공했다.

국가 바이오 파운드리가 뿌리를 내리면 농식품·해양·첨단신약·에너지 등 산업 분야별로 특화된 공공 바이오 파운드리를 구축하고, 인프라 구축 노하우를 민간에도 전수한다. 과기정통부는 바이오헬스, 화학, 환경 등 기존 산업에서 구축된 바이오 파운드리를 통해 합성생물학 기반의 제조공정으로 전환할 수 있도록 돕는 한편, 바이오 파운드리를 활용한 예비 창업가와 혁신적 스타트업을 발굴해 지원하기로 했다.

이 밖에도 과기정통부는 합성생물학 분야에서 기술우위를 확보할 수 있는 6대 초격차 전략 분야를 선정해 지원하기로 했다. 후보군에는 ‘DNA·RNA 디자인’, ‘대사경로 설계’, ‘미생물 기반 화학소재’, ‘단백질 설계’, ‘동물세포 기반 백신, 치료제’등이 언급됐다.

정부는 6대 분야별로 거점 연구기관을 육성하고 권한과 책임을 부여하는 한편, 민간 주도 협력기구인 ‘한국 합성생물학 발전협의회’등을 통해 합성생물학 육성·발전 체계를 마련하고 주요국별협력 거점을 확보한다. 합성생물학 기술개발과 산업화 등 혁신을 촉진하는 진흥법도 재정할 계획이다.

■ 합성생물학(synthetic biology)
합성생물학은 생명과학에 공학 기술개념을 도입해 인공으로 생명체 구성요소 시스템을 설계·제작·합성하는 분야다. 합성의 의미는 합성세포 또는 새로운 바이오시스템을 제작하기 위한 유전자 합성과 세포로부터 고성능의 생물학적 물질을 고효율로 합성하는 것을 모두 포함한다. 이를 위해 여러 공학기술에서 적용하는 부품화, 표준화, 모듈화라는 공학적 개념을 생물학에 도입한 것이 합성생물학이다. 이에 따라 생물학적 지식뿐 아니라 기계, 전기, 전자 및 컴퓨터 프로그램의 논리적 사고가 요구된다. 합성생물학은 디지털·인공지능(AI) 기술 등과 결합해 다양한 산업에 막대한 파급력을 미칠 것으로 예상돼 바이오 분야 글로벌 기술 패권 경쟁의 핵심기술로 부상했다.

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▲ UNIST “차세대 가속기용 빔 위상공간 제어기술 실증 성공” ▲
울산과학기술원(UNIST)은 규모는 줄이고 성능은 높인 ‘차세대 가속기’를 실용화하는 데 필요한 기술의 실증 실험에 성공했다고 11월 29일 밝혔다. UNIST에 따르면 물리학과 정모세 교수 연구팀(고강도 빔-가속기 연구실)은 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 ‘입자 빔 위상공간 제어기술’을 실증했다.

가속기는 원자를 구성하는 전자나 양성자, 이온 등 전하를 가진 입자에 빠른 속도를 주고 에너지를 공급하는 장치다. 가속기 속에서 매우 빨라진 입자들은 일정한 방향으로 흐르면서 빔을 만든다.

과학자들은 빔이 물질에 부딪히면서 나타나는 효과를 이용하거나 빔이 휨자석을 지나면서 내는 방사광을 이용해 물리 법칙이나 물질의 구조 등을 밝히고, 신약 개발이나 난치 암 치료 등에도 사용한다.

차세대 가속기는 기존 가속기보다 훨씬 더 작은 규모로 더 높은 성능을 내야 하는데, 이를 위해서는 빔의 위상공간을 정교하게 제어하는 기술이 필수적이다.

현재 ‘빔의 횡단면 방향으로 위상공간 제어’는 자석을 이용하면 쉽게 할 수 있고 기술도 정립돼 있지만, ’ 빔 진행 방향으로 위상공간 제어‘는 어려운 상황이다.

연구팀은 이런 한계를 극복하고자 ’새로운 개념의 빔 위상공간 제어 방법‘을 개발해 실증에도 성공했다. 연구팀이 개발한 기술은 빔의 횡단면 방향 위상공간과 빔 진행 방향의 위상공간을 서로 바꾸는 ’ 이미턴스 교환‘에 바탕을 뒀다. 빔 진행 방향으로의 빔 분포를 횡단면 방향으로 먼저 바꾼 후, 자석을 이용해 형상을 제어해 이를 다시 원래의 빔 진행 방향 분포로 되돌리는 것이다.

정모세 교수는 “빔 진행 방향으로의 위상공간을 자유자재로 제어할 수 있게 되면, 소형 차세대 가속기의 실용화가 가능해진다”며 “기존에 불가능했던 다양한 물리학적 연구를 가능케 하는 중요한 성과”라고 강조했다.

■ 라온(RAON)
라온이란 새로운 원소의 발견을 포함한 동위원소 연구를 목적으로 한 대한민국 최초의 중이온 가속기다. 2010년 라온에 대한 개념설계를 시작해, 2021년 5월 완공했다. 라온은 온라인 동위원소 분리방식(ISOL)과 비행파쇄방식(IF)을 모두 사용할 최초의 중이온 입자 가속기이다. 중이온가속기는 다양한 이온(ion : 전하를 띈 입자)과 불안정한 원자핵을 광속에 가깝게 가속한 후 다른 원자핵에 충돌시켜 펨토미터(fm : 1000조 분의 1미터) 크기의 소립자를 관찰하는 데 사용되는 거대한 실험·관측 장비다. 중이온 가속기는 빅뱅 직후 초기 우주상태를 연구하는 데 사용되는 것은 물론, 원자력 에너지 효율을 높이고 혁신적인 암 치료 기법을 찾는 등 다양한 분야에서 활용할 가능성이 열려있다. 중이온 가속기를 통해 새로운 입자를 발견하는 일약 노벨 물리학상을 기대할 수 있을 정도의 성과로 꼽힌다.
-애드윌 시사상식 2023.01-