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- 생물이 생산하는 모든 분자, 즉 단백질, 지방, 색소 또는 약물 화합물은 해당 생물의 게놈 어딘가에 코딩되어 있다.
- 세계 최대 유제품 수출업체인 폰테라(Fonterra)는 유청의 주요 단백질인 베타-락토글로불린을 산업 규모로 생산하고 소에서 추출한 제품보다 물 사용량을 87% 줄인 정밀 발효 스타트업 비비치(Vivici)에 투자

 

[더사이언스플러스 문광주 기자] 수십 년 동안, 지금까지 개발된 가장 효과적인 항말라리아제인 아르테미시닌의 전 세계 공급은 쑥 수확에 의존해 왔다. 

흉작, 가격 폭락으로 농부들이 다른 작물로 눈을 돌리거나, 밭과 공장 사이의 물류 문제가 발생하면 사하라 사막 이남 아프리카의 진료소에서 아르테미시닌 부족 사태가 발생할 수 있으며, 환자들에게 대체재를 제공할 방법이 없는 경우가 많다. 정밀 발효는 분자 자체를 코딩하는 유전자 서열이라는 근원에 직접 접근함으로써 이러한 의존성을 해결할 수 있다. 생물이 생산하는 모든 분자, 즉 단백질, 지방, 색소 또는 약물 화합물은 해당 생물의 게놈 어딘가에 코딩되어 있다.

과학자들은 목표 분자를 담당하는 특정 유전자를 식별하고 이를 미생물 숙주(일반적으로 효모, 박테리아 또는 곰팡이)로 옮긴다. 미생물은 새로운 지시를 받았다는 것을 알지 못한다. 단순히 자신의 게놈을 읽는 것처럼 이 유전자를 읽고 정상적인 세포 활동의 일부로 해당 분자를 생산한다. 

 

이러한 미생물들은 대형 발효 탱크에서 설탕과 같은 단순 영양분을 공급받아 배양되며, 목표 분자를 대량 생산한다. 이렇게 생산된 물질은 정제되어 원래 미생물이 생성했을 물질과 화학적으로 동일하며, 해당 물질에 의존하는 모든 응용 분야에서 동일한 성능을 발휘한다. 이러한 기술을 상업적 규모로 발전시키기 위해서는 주변 생태계 또한 그에 맞춰 발전해야 했다.

이제 연구자들은 인공지능(AI)을 활용해 단 한 번의 실험도 수행하기 전에 가장 효율적인 생물학적 경로를 모델링할 수 있게 되었으며, 이를 통해 분자 설계에 소요되던 시간을 수년에서 수개월로 단축할 수 있다. 미국과 유럽연합의 규제 체계 또한 충분히 명확해져 제조업체와 투자자들이 대규모 투자를 확신할 수 있게 되었다. 이러한 조건들을 충족시키면서 특정 분자 하나에 집중하고, 전체 생산 체인을 완벽하게 마스터하여 제품을 시장에 출시하는 데 성공한 기업들이 주목받고 있다.

퍼펙트 데이(Perfect Day)는 현재 여러 미국 식품 브랜드에 발효 유청 단백질을 공급하고 있으며, 인도로 생산을 확대하고 있다. 2024년 네슬레(Nestlé)는 기능성 영양 제품 라인에 발효 유청 단백질 분리물을 도입했고, 1년 후 에브리(EVERY)는 월마트에서 정밀 발효 방식으로 생산한 계란 단백질을 전국적으로 출시하기 시작했다.

기존 업체들도 주목하고 있다. 세계 최대 유제품 수출업체인 폰테라(Fonterra)는 유청의 주요 단백질인 베타-락토글로불린을 산업 규모로 생산하고 소에서 추출한 제품보다 물 사용량을 87% 줄인 정밀 발효 스타트업 비비치(Vivici)에 투자했다.

"식품 분야는 가장 큰 상업적 투자가 이루어지는 곳이지만, 동일한 공정이 화장품 펩타이드, 의약품 화합물, 그리고 현재 화석 연료에서 추출되는 화학적 구성 요소에도 적용되고 있다.자동화된 DNA 조립, 고처리량 스크리닝, 그리고 표준화된 워크플로우를 통해 연구자들은 다양한 대안 설계를 탐색하고 최적의 생산 균주를 더욱 효율적으로 식별할 수 있다. 자동화, 데이터 과학, 그리고 생물 공학을 결합함으로써 바이오파운드리는 정밀 발효 분야의 혁신을 확대하는 데 기여하고 있다."

Tomás García Cayuela Tecnologico de Monterrey; Frontiers in Food Science and Technology 

Michael E. Himmel; National Laboratory of the Rockies; Frontiers in Industrial Microbiology 

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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