일본산업뉴스요약

신소재 만들어 내는 ‘세포 공업(스마트 셀 인더스트리)’
해양플라스틱•탈석유 해결, 새로운 ‘화학 변화’를 일으킨다

생물 세포를 새로운 소재의 ‘공장’, ‘설계 센터’로 만든다. IT 및 바이오 기술의 큰 발전으로 석유 화학 기술로는 만들어 내지 못하는 소재나 이전보다 더 에너지 절약형의 생산 프로세스의 실현이 기대된다. 이 ‘스마트 셀 인더스트리’에 나서는 기업들의 목적은 2030년에 1조 6,000억 달러로 예상되는 거대한 바이오 이코노미 시장의 획득이다.

-- NEDO, 프로젝트 추진 --
“식물 및 미생물의 세포 안에 생산 프로세스를 구축해 세포를 공장처럼 기능시킨다.” 신에너지산업기술종개발기구(NEDO) 재료∙나노테크놀로지 부서의 하야시(林) 주사는 프로젝트 매니저를 지내는 ‘스마트 셀 인더스트리’의 목적을 이렇게 설명한다. 의약품 및 식품같이 원래 바이오 기술과 관련이 깊은 영역만이 아닌 플라스틱 및 정보 전자 재료 등도 만들려고 하는 시도다.

식물 및 미생물은 석유 이외의 원료에서 다양한 화합물을 만들어낸다. 식물에 필요한 것은 이산화탄소(CO₂)와 물, 태양 에너지로 고열을 가할 필요도 없다. 실현된다면 그야말로 이상적인 공장이라고 할 수 있다.

스마트 셀이란 최첨단 디지털 기술과 바이오 기술을 사용해 생물의 기능을 최대한으로 이끌어낸 ‘현명한 세포’를 말한다. IT 및 인공지능(AI) 기술의 혁신으로 방대한 생물 정보를 효율적으로 분석할 수 있게 되어 “생물의 설계도인 게놈을 인간이 설계하는 것도 현실이 되었다.”(하야시 주사)

이는 2007년 정도부터 확산된 차세대 시퀀서(DNA 분석 장치)의 공헌이 크다. 약 7년 동안 게놈 해독 비용은 약 1만 분의 1이 되었다. 예를 들어 1990년에 인간 게놈 해독 계획이 시작되었을 당시 30억 달러의 예산으로 약 12년 소요된다고 하였지만 현재 기술이라면 1일, 예산은 1,000달러로 해독 가능하다고 한다. 손쉽게 유전자를 절단∙편집할 수 있는 게놈 편집 기술도 등장하고 있다.

NEDO의 프로젝트는 2016년도에 기반 기술의 개발에서 시작되어 현재는 기업이 기반 기술을 사용하면서 더욱 발전시키는 단계에 들어섰다.

식물과 미생물 각각의 특징을 살린 접근법이 있다. 정보 분석 시스템을 구사해 최적의 세포를 만드는 연구는 미생물이 주무대다. 지금까지 연구자가 지식 및 노하우를 구사하던 세포 설계를 합리화하기 위해 스마트 셀 창출 플랫폼을 개발한다.

플랫폼의 흐름은 이렇다. 미생물의 게놈 및 대사 계통 등의 방대한 정보를 토대로 세포를 ‘디자인(D)’하고 이를 긴사슬DNA를 이용해 미생물을 ‘합성(B)’한다. 목적한 미생물이 만들어 졌는지를 ‘평가(T)’하고 이 새로운 미생물에서 AI를 사용해 대사 규칙을 추출∙정식화하여 ‘학습(L)’한다. 학습 내용도 데이터에 추가해 다음 디자인에 활용한다.

D→B→T→L→D의 사이클로 목적한 세포를 만들어내고 플랫폼도 발전시킨다. 최근 플랫폼의 프로토타입 버전이 완성되었다. 지금까지의 프로젝트에서 긴사슬DNA 합성에 필요한 기기 등을 개발하고 기반 기술을 갖추어왔다. 새로운 프로젝트에 채택된 도레이 등 5개 사가 자사 연구에 플랫폼을 이용한다. “오랜 연구에서 좋은 화합물이 발견되어 다음은 공업화를 위해 나아가는 것이 필요하다는 기업이 있다. 먼저 그런 기업을 지원하고 싶다.”고 하야시 주사는 말한다.

한편 식물은 수 십 만 종류의 화합물을 화합하고 있다. 세포 안에 제로부터 생산 프로세스를 구축하지 않아도 기존의 대사 경로를 활용해 다양한 물질을 생산할 가능성이 크다. 예를 들어 대사 경로의 일부를 막아 화합물의 생성량을 억제하는 연구 및 생육 환경을 조정하여 목적한 화합물을 많이 생성하는 연구가 실시되고 있다. “잎사귀 및 뿌리에 목적한 물질을 축적하는 기술도 있다.”(하야시 주사)고 한다.

-- 스미토모화학, 벤처기업과 제휴 --
화학 기업들도 바이오 기술에 기대를 건다. 목적은 석유 화학의 한계 돌파다.

스미토모화학은 바이오 기술을 활용한 일렉트로닉스 분야의 신규 재료의 개발을 위해 유전자를 편집한 미생물의 생산을 장기로 하는 벤처 기업인 미국 자이머젠과 업무 제휴를 맺었다. 이 미생물에 화합물을 만들게 하여 소재 개발에 이용한다.

스미토모화학의 쓰지(辻) 부장은 “바이오의 힘으로 완전히 새로운 물질은 없을지 탐색하고 싶다.”고 말한다. 자이머젠과의 시도 등 2018년 1월에 설립한 바이오 사이언스 연구소를 중심으로 기술력의 확충을 도모한다. 또한 프로세스 개발을 담당하는 공업화기술연구소에 이르면 2019년도 안에 바이오 프로세스 전문 부서 또는 담당자를 배치한다. 생산 측면에서의 바이오 기술의 활용도 검토한다.

-- 확대되는 시장 --
바이오 기술을 활용한 공업 용 소재는 시장에 등록되기 시작하고 있다. 바다 및 토양으로 분해되는 수지로써 주목 받는 가네카(Kaneka)의 ‘가네카 생분해성 폴리머 PHBH’는 미생물이 식물유를 흡착해 폴리머로 체내에 축적한 것이다.

가네카는 세븐 일레븐과 커피 용 빨대에 이용을 위해 시세이도와는 화장품 용기의 이용을 위해 협력한다. 2019년도 안에는 생산 능력을 연 5,000톤으로 확대하고 증산을 시야에 넣고 있다. 5월에 하라다(原田) 환경상을 방문한 스가와라(菅原) 가네카 회장은 “누에고치가 비단을 만드는 것처럼 미생물이 플라스틱을 만든다”고 설명한다. 하라다 환경상은 해양 플리스틱 문제의 해결에 공헌하는 기술에 흥미를 보였다.

벤처 기업인 Spiber는 거미 인공 합성의 연구 성과를 살려 독자의 구조 단백질 소재를 개발했다. 원료를 석유에 의존하지 않고 미생물의 발효 프로세스로 구조 단백질을 생산한다. 이 단백질은 섬유 및 필름, 수지 등 다양한 소재로 가공할 수 있다. 태국에서 계획하는 공장은 구조 단백질의 효모 생산 플랜트로써 세계 최대 규모가 될 전망이다.

바이오 기술은 앞으로 점점 더 주목 받는다. 경제협력개발기구(OECD)가 발표한 보고서에서는 전세계의 바이오 이코노미 시장은 2030년에 1조 6,000억 달러가 될 거라고 한다. 바이오 이코노미는 바이오 기술과 경제활동을 일체화시킨 개념이다. 분야 별 내역은 건강∙의료 및 농림수산을 누르고 의외로 공업의 39%가 가장 크다.

“바이오 기술로 인해 지속 가능한 제조를 실현한다면 일본의 산업력 강화로 연결된다.”고 NEDO의 하야시 주사는 힘주어 말한다. 다만 바이오 연구 개발에는 많은 비용이 소요되어 단독으로의 사업화는 간단하지 않다. 새로운 산업 창출을 위해 연계를 더욱 확대할 필요가 있다.

-- 끝 --