바이오파운드리(Biofoundry)는 자동화로봇, 인공지능(AI), ICT 기술을 결합해 생명공학 실험을 자동으로 수행, 생물학적 시스템을 신속히 개발할 수 있어 신약, 바이오치료제, 화학물질 등 미래 생명공학 핵심소재 제작의 핵심으로 주목받고 있다.
그러나 다양한 바이오파운드리 간 장비, 소프트웨어, 실험 프로토콜의 차이로 표준화와 상호 운용성이 부족해 협력과 기술공유가 어려워 국제협력으로 이에 대한 공통 개념과 계층화된 운영체계 개발 필요성이 대두되고 있다.
바이오파운드리 국제 표준 정립
한국생명공학연구원(이하 생명연) 국가바이오파운드리사업단 김하성 박사팀이 주도한 국제 공동연구팀이 복잡한 합성생물학 연구를 더 쉽고 빠르고 정확히 수행할 수 있는 새로운 기준을 개발, ‘바이오파운드리’ 국제 표준이 될 전망이다.
2019년에 출범한 글로벌 바이오파운드리 얼라이언스(GBA)는 세계 공공 바이오파운드리 간 자원 공유 및 협력을 촉진, 현재까지 33개의 회원 기관이 참여해 경험을 공유하고, 과학적 공통과제를 해결하기 위해 노력하고 있다.
그러나 각 기관별 바이오파운드리마다 사용하는 장비와 수행 공정, 운영 방식이 달라 경험과 자원을 공유하는 데 한계가 있었다.
특히 표준화가 부족하고 호환성이 낮아 고가의 시설 구축비와 운영비 대비 효율적으로 활용되지 못한다는 문제가 제기됐다.
연구팀은 이를 해결하고자 바이오파운드리의 모든 실험과정을 4단계 체계로 표준화한 프레임워크를 만들었다.
이 체계를 사용하면 누구나 복잡한 생명과학 실험도 같은 방식으로 기록, 공유, 자동화해 AI에 활용가능한 양질의 공정 데이터를 축적할 수 있다.
특히 이번 연구는 세계 바이오파운드리 간 협업을 위한 ‘최초의 공동 운영체계’를 제시한 것으로서 큰 의미를 갖는다.
이는 실험실이 하나의 팀처럼 협력할 수 있도록 공통언어와 체계를 만들어낸 것으로, 표준화를 통해 실험장비들이 서로 호환되고 실험 데이터의 신뢰도와 재현성이 향상됨가 더불어 AI와 소프트웨어 기반 실험 설계와 분석기술도 더욱 효과적으로 접목할 수 있다.
실제 해외 연구진은 이번 프레임워크가 서로 다른 실험실이 가진 노하우를 공유하고 활용할 수 있게 해주는 매우 유연하고 실용적인 접근을 가능케 한다고 평가했다.
이번 연구의 교신저자인 생명연 이승구 박사는 “이번 성과는 글로벌 상호운용으로 국내 바이오파운드리 역량을 발전시키는 핵심 전략이 될 것”이라며 “지난 4월 국회를 통과한 합성생물학 육성법의 실효성을 극대화시킬 것”으로 기대된다“고 밝혔다.
또 제1저자인 김하성 박사는 “미국, 영국 등 글로벌 네트워크 연구자들과 협력함으로써 실험 프로토콜을 바이오파운드리 환경에 적용할 때 발생하는 여러 어려움을 확인할 수 있었다”며 “K-바이오파운드리가 워크플로 표준화를 주도하여 바이오경제와 글로벌 난제 해결에 선도적인 역할을 할 수 있기를 기대한다”고 설명했다.
한편, 이번 연구결과는지난 10일 국제학술지 ‘Nature Communications(IF 16.6)’ 온라인에 게재됐다.
(논문명 : Abstraction hierarchy to define biofoundry workflows and operations for interoperable synthetic biology research and applications / 교신저자 : (생명연) 이승구 박사 / 제1저자 : (생명연) 김하성 박사)
