생명 공학이란 무엇입니까?

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생명 공학이란 무엇입니까?

2023년 6월 23일| 기사

생명 공학은 질병 예방 및 치료, 농업 생산, 에너지 지속 가능성 등을 개선하기 위해 공학 원리를 적용하는 것입니다.

밝은 회색 배경에 다양한 색상의 액체가 들어 있는 실험실 유리 제품.

많은 사람들에게 생물학은 냄새 나는 교실과 그림이 있는 교과서의 기억을 불러일으킬 수 있습니다. 그러나 생물학은 고등학교 과학 실험실과 개구리 해부 그 이상입니다. 그것은 우리 주변에 있으며, 전통적인 과학이라고 생각할 수 있는 것 이상으로 세계에 큰 영향을 미칩니다.

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생물 공학 또는 생물 공학은 생물학적 문제를 해결하는 데 사용하기 위해 기술의 설계 및 변형에 공학 원리를 적용하는 것입니다. 생명 공학의 혁신은 의료, 식품 및 농업, 소비재, 지속 가능성, 에너지 및 재료 생산을 포함한 다양한 분야의 조직에 도움이 됩니다. 그리고 잠재적인 영향은 큽니다. 인간의 건강과 웰빙, 그리고 보다 지속 가능하게 관리되는 환경에서 얻을 수 있는 변형적 이점 외에도 McKinsey 연구는 생명 공학에 대한 약 400개의 사용 사례를 제안하며 거의 모두 과학적으로 실현 가능합니다. , 2030년에서 2040년까지 연간 2조 달러에서 4조 달러  의 경제적 영향을 미칠 수 있습니다 .

게다가 혁신의 물결이 가속화되고 있습니다. 컴퓨팅, 자동화, AI 및 데이터 분석 분야는 해가 갈수록 더 빠르게 발전합니다. 생물학 엔지니어를 위한 전문 네트워크인 SynBioBeta에 따르면 합성 생물학 회사에 대한 투자는 2021년 1분기에만 약 46억 달러를 모금했으며 , 이는 전년도 같은 분기 투자의 4배 이상입니다.

그러나 생명 공학 제품을 만들고 보상을 모으는 것만 큼 쉽지는 않습니다. 윤리, 규제 및 대중 인식 문제가 먼저 해결되어야 합니다.

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생물학의 발전은 우리가 COVID-19에 대처하는 데 어떻게 도움이 되었습니까?

 과학자들은 2019년 12월 첫 사례가 보고된 지 불과 몇 주 만에 전체 COVID-19 게놈을 시퀀싱하고 공개적으로 공유할 수 있었습니다. 이 전례 없는 속도는 최근 생물학적 기술의 발전으로 가능해졌습니다. 2002년 SARS가 발생했을 때 과학자들이 처음 보고된 사례 이후 바이러스의 전체 게놈 시퀀싱을 발표하는 데 5개월이 걸렸습니다. 생물학적 혁신은 또한 보다 효과적인 진단과 새로운 생체 ​​공학 치료법을 가능하게 했습니다.

생명 공학은 전반적인 생물학적 혁신과 어떤 관련이 있습니까?

생명 공학은 인간 게놈 매핑(2003년 완료)과 DNA 시퀀싱 비용 및 속도 감소를 포함한 일련의 혁신에 의해 추진되는 생물학적 혁신의 한 영역입니다. 컴퓨팅, 데이터 분석, 기계 학습 및 AI의 발전도 변화를 주도하고 있습니다.

생물학적 혁신은 네 가지 영역 으로 분류됩니다 .

1. 생체 분자: 분자의 매핑, 측정 및 엔지니어링.
2. 바이오시스템: 세포, 조직 및 기관의 엔지니어링. 생체 분자와 생체 시스템 모두에서 최근의 발전으로 생물학적 과정에 대한 이해가 향상되고 생물학을 엔지니어링할 수 있게 되었습니다. 살아있는 세포를 조작하거나 수정하면 질병을 치료하거나 예방할 수 있습니다. 예를 들어 CRISPR 도구를 사용하면 과학자들이 이전 기술보다 더 빠르고 정확하게 유전자를 편집할 수 있습니다.
3. 바이오머신: 생물학과 기계 사이의 인터페이스.
4. 바이오컴퓨팅(Biocomputing): 연산을 위해 DNA와 같은 세포나 분자를 사용하는 것. 바이오머신과 바이오컴퓨팅의 발전은 생물학과 기계 사이의 새롭고 깊은 상호작용을 수반합니다. 이러한 새로운 기능을 통해 인간 또는 로봇 사지의 운동 제어를 위해 신경 신호를 측정하고 정밀한 신경 보철물에 전원을 공급하는 것이 점점 더 가능해집니다. 또한 DNA를 사용하여 데이터를 저장할 수 있습니다. DNA의 저장 밀도는 하드 디스크 저장 장치의 약 100만 배입니다. 기술적으로 1kg의 원시 DNA는 전 세계의 모든 데이터를 저장할 수 있습니다.

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생명 공학의 영향을 가장 많이 받는 분야는 무엇입니까?

우리가 본 것처럼 인간의 건강과 성과에는 연구에서 상업화까지 가장 명확한 파이프라인이 있습니다. 과학은 발전했고 시장은 일반적으로 혁신을 수용하고 있습니다. 그러나 McKinsey가 연구한 생명공학 응용 프로그램의 직접적인 영향의 절반 이상이  향후 10년에서 20년 동안 건강 이외의 영역에 있을 것입니다. 업종을 나누어 보겠습니다.

McKinsey Explainers 소개 : 복잡한 질문에 대한 직접적인 답변

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• 건강과 인간의 성과

  건강 분야의 생명 공학 응용 프로그램에는 질병을 치료하거나 예방하기 위한 세포, 유전자 및 RNA 요법이 포함됩니다. 수명을 연장하기 위한 다양한 노화 방지 치료; 생식 의학의 혁신; 약물 개발 및 전달 개선; 인간의 건강과 질병에 대한 새로운 예측 모델링. 직접적인 연간 글로벌 잠재적 영향은 향후 10년에서 20년 동안 최대 1조 3천억 달러로 추정됩니다.

• 농업, 양식 및 식품

  생명 공학은 분자 또는 유전 마커를 사용하여 동물과 식물을 번식시키는 혁신적인 새로운 방법을 지원할 수 있습니다. 이러한 방법은 기존의 선택적 육종 기술보다 몇 배 더 빠릅니다. 다른 응용 분야에는 실험실에서 기른 고기와 같은 대체 단백질의 개발과 농업 생산성을 육성하기 위해 식물, 토양, 동물 및 물의 미생물 군집을 신속하게 개선하려는 노력이 포함됩니다.

• 소비자 제품 및 서비스

  생물학적 구성에 따라 소비자에게 개인화된 제품과 서비스를 제공할 수 있는 기회가 생겨나고 있습니다. 응용 프로그램에는 소비자에게 직접 유전자 검사, 미용 및 개인 관리, 인간과 애완 동물의 웰빙(및 피트니스)에 대한 혁신적인 접근 방식이 포함될 수 있습니다.

• 재료, 화학 물질 및 에너지

  여기에는 발효를 통해 생산된 재료와 관련된 혁신, 자체 수리 직물과 같은 것을 가능하게 하는 편집된 미생물 DNA가 있는 새로운 재료 및 혁신적인 새로운 형태의 에너지 저장이 포함됩니다.

어떤 종류의 신흥 생명공학이 투자자의 관심을 불러일으키고 있습니까?

2019년부터 2021년까지 벤처 캐피탈 회사는 전 세계적으로 치료 기반 생명 공학 회사에 520억 달러 이상을 투자했습니다. 그 중 3분의 2는 플랫폼 기술, 특히 개별 환자에게 맞춤 치료를 제공하고 매우 정확하게 표적 부위에 치료법을 제공할 수 있는 신생 기업에 사용되었습니다.

특히 6개의 플랫폼이 상당한 투자자 관심을 끌고 있습니다.

1. 세포 요법 2.0은 병에 걸린 조직이나 세포를 더 정확하게 다루거나 더 넓은 범위의 질병(예: 고형 종양)을 다룰 수 있습니다. 세포치료제 2.0 시장은 2026년까지 200억 달러에 달할 것으로 예상된다.
2. 차세대 유전자 치료법은 DNA와 RNA를 편집하고 조절할 수 있으며 유전 질환을 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 제약 산업 데이터에 대한 McKinsey 분석에 따르면 현재 약 400개의 유전자 치료법이 개발 중입니다. 2025년까지 신제품 출시의 약 20%를 차지할 수 있습니다.
3. 정밀 의학은 다른 진단 도구보다 조기에 상태를 진단할 수 있으며 환자의 특정 유전적 프로필에 따라 치료법을 맞춤화할 수 있습니다.
4. 머신 러닝 으로 가능해진 약물 발견은  방대한 양의 데이터를 처리하여 신약 발견 및 개발 속도를 높일 수 있습니다. 예를 들어, 오픈 소스 AI 시스템인 AlphaFold의 단백질 구조 예측의 혁신은 정기적으로 수동 실험에 비해 정확도를 달성합니다.
5. 공격하기 어려운 단백질과 치료하기 어려운 질병을 포함하여 "약물을 투여할 수 없는" 표적을 위한 전략이 개발되고 있습니다 . 연구에 따르면 질병 관련 단백질의 최소 85%가 약효가 없는 것으로 분류될 수 있으며, 이는 기존 약물이나 치료법에 대한 결합 부위가 없음을 의미합니다.
6. 새로운 전달 방법은 영향을 받는 전체 조직에 정확하고 안전하게 새로운 치료법을 보낼 수 있습니다. COVID-19용으로 개발된 것과 같은 메신저 RNA 기반 백신은 이러한 새로운 전달 수단 중 가장 유망한 것 중 하나입니다. 이 시장은 기하급수적으로 성장하고 있습니다. 개발 파이프라인에 있는 400개 이상의 RNA 기반 치료법에는 표적 전달 메커니즘이 필요합니다.

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생명 공학과 관련된 몇 가지 위험은 무엇입니까?

이 모든 것이 귀하의 편의를 위해 너무 공상 과학처럼 들린다면 귀하는 혼자가 아닙니다. 많은 관찰자들은  생명 공학과 관련된 위험에 대해 우려하고 있습니다. 생명 공학 지지자조차도 위험에 인구 수준에서 잠재적으로 재앙적인 결과가 포함될 수 있음을 인정합니다. 말할 필요도 없이 이러한 위험이 이점보다 클 수 있습니다 . 신중하게 고려해야 할 몇 가지 위험은 다음과 같습니다.

• 생물학은 자기 복제 및 자기 유지이며 관할권의 경계를 존중하지 않습니다 . 예를 들어, 모기와 같은 질병을 퍼뜨리는 매개체에 적용된 특정 유전적 특성의 복제를 장려하기 위해 유전자 조작된 유전자 드라이브는 엄청난 이점을 가질 수 있습니다. 그러나 그러한 유전자 드라이브는 제어하기 어렵고 영구적으로 생태계를 변화시킬 수 있습니다.
• 생물학의 상호 연결된 특성은 의도하지 않은 결과의 가능성을 증가시킬 수 있습니다 . 시스템의 한 부분에 대한 변경은 전체 생태계 또는 종에 계단식 효과와 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.
• 일부 생물학적 기술은 상대적으로 저렴하지만 진입 장벽이 낮기 때문에 잠재적인 오용의 문이 열릴 수 있으며 잠재적으로 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
• 서로 다른 가치 체계는 특히 삶과 죽음의 문제에 대한 합의를 이끌어내기 어렵게 만듭니다 . 배아 편집과 같은 기술적인 문제는 금세 도덕적인 질문이 되고 결정은 종종 자신의 가치 체계를 반영합니다.
• 생물학적 진보의 초석이 우리 몸과 뇌에서 채굴된 데이터라는 점을 감안할 때 프라이버시와 동의 문제는 근본적입니다 .
• 불평등한 접근은 사회경제적 불균형을 영속화하여 잠재적으로 퇴행적인 영향을 미칠 수 있습니다. 생물학적 진보와 상업적 응용은 모든 사람이 동등하게 접근할 수 없어 사회경제적 불균형을 악화시킬 수 있습니다.

이러한 위험을 해결하는 데 있어 과학이 발전함에 따라 감독 및 모니터링과 마찬가지로 규제가 중요할 것입니다.

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생명 공학 응용 프로그램의 광범위한 채택에서 우리는 얼마나 멀리 있습니까?

McKinsey는 생명 공학 응용 프로그램의 추가 개발 이전과 동시에 고려해야 할 심각한 위험 외에도 채택 여정의 세 단계를 보고 있습니다 .

첫째, 생명 공학 과학자가 성공하려면 자금, 도구, 재능 및 데이터 액세스를 의미하는 과학적 연구에 대한 투자가 필요합니다. 새로운 애플리케이션을 아이디어 단계에서 실행 가능성으로 옮기려면 일반적으로 수년간의 연구와 상당한 투자가 필요합니다.

다음은 상용화와 보급입니다. 여기에서 네 가지 요소가 역할을 합니다.

1. 새로운 생물학 기반 제품 또는 서비스는 비용뿐만 아니라 더 높은 품질 또는 새로운 특성을 제공함으로써 기존 제품 및 서비스와 경쟁해야 합니다.
2. 비즈니스 모델은 빠르게 변화하는 환경에 적합해야 합니다.
3. 새로운 생물학 기반 제품 및 서비스에는 가격 책정, 판매 및 마케팅과 같은 요소를 포함하여 우수한 시장 진출 전략이 필요합니다.
4. 새로운 생물학 기반 제품 및 서비스가 시장에 출시되어 고객 기반을 확보한 후에는 신속하게 확장해야 합니다.

마지막으로 사회 및 규제 기관의 광범위한 수용을 포함하여 사용을 관리하는 메커니즘은 모든 단계에서 핵심입니다.  McKinsey 는 생명 공학 발전의 잠재적 영향의 약 70%가 소비자, 사회 및 규제 수용에 달려 있음을 발견했습니다 .

다양한 이해관계자들은 생명과학의 새로운 물결에 어떻게 대비해야 할까요?

변화가 다가오고 있습니다. 생물학의 이러한 근본적인 변화는 상당한 이점을 제공할 수 있습니다. 이를 포착하기 위해 네 가지 이해관계자 그룹이  과학을 이해하고 혁신이 안전한지 확인하기 위해 노력해야 합니다.

혁신가. 과학자들은 피어 리뷰를 통해 자체 연구 프로세스를 관리합니다. 그러나 과학자들은 또한 그들이 활동하는 지역 사회의 견해를 고려해야 합니다.

기업. 조직은 투자에 대한 포트폴리오 기반 접근 방식을 채택하여 생물학적 혁신을 활용하는 전략을 조정할 수 있습니다.

시민 사회, 정부 및 정책 입안자. 중국, 영국, 미국을 포함한 일부 국가에서는 생물학적 발전에 대해 스스로 알리고 이에 효과적으로 대응하기 위한 기조를 설정했습니다. 그러나 혁신은 사용과 오용을 관리하는 메커니즘으로 균형을 이루어야 합니다.

개인. 생명 공학 응용 프로그램의 잠재적 소비자는 유전자 편집과 같은 것의 이점과 위험에 대해 스스로 알아야 합니다.

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참조 문서:

• " 유럽의 바이오 혁명: 복잡한 문제에 대한 생물학적 혁신 ", 2023년 1월 10일, Matthias Evers, Antonia Stein-Asmussen, Nicole Szlezak 및 Alexandra Zemp
• " AI가 세포 및 유전자 치료를 위한 R&D를 가속화하는 방법 ," 2022년 11월 16일, Mayank Bhandari, Amelia Chang, Thomas Devenyns, Alex Devereson , Alberto Loche 및 Lieven Van der Veken
• “ 산업을 형성할 생명공학 투자 테마는 무엇입니까? ,” 2022년 6월 10일, Olivier Leclerc , Michelle Suhendra, Lydia The
• " 바이오 혁명의 약속과 위험 ," 2021년 1월 26일, Matthias Evers 및 Michael Chui
• " 바이오 혁명: 경제, 사회 및 우리의 삶을 변화시키는 혁신 ", 2020년 5월 13일, Michael Chui , Matthias Evers, James Manyika , Travers Nisbet 및 Alice Zheng
• " Bio Revolution이 경쟁 구도를 어떻게 변화시킬 수 있었는지 ," McKinsey Quarterly , 2020년 5월 7일, Michael Chui , Matthias Evers, Alice Zheng

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