내용 소개

1부 불치병에 도전한다, 바이오 의약
불치병이라는 단어는 시대에 따라 그 적용의 범위가 달라지는 말이다. 이제는 과거에 치료의 가능성을 찾지 못했던 많은 병의 성벽이 헐리고 있으며, 이는 실험실에서 발견된 새로운 치료제들의 덕분이라 할 수 있다. 사람에게 질병이 생기는 이유는 대부분 세포 내의 단백질의 기능이 저하되거나 잘못된 단백질이 만들어졌기 때문인데, ‘동물세포에서 생산된 치료용 단백질을 약처럼 이용한다’는 것과 같은 아이디어는 기술 개발 단계로 이어지고 있다. 또한 과거 질병의 진단에 이용되던 ‘항체’라는 단백질을 이용하면 질병을 유발한 특정 부위를 선택적으로 찾아가 치료하는 ‘유도미사일’의 기능을 하는 단백질을 개발해 낼 수도 있다고 전망한다. 이와 같은 세포공학의 기술은 식물세포에도 적용될 수 있다. 산과 들을 헤매며 찾아냈던 귀한 약용식물들의 주요 성분들을 실험실에서 세포배양을 통해 생산할 수 있다면, 불치병으로 고통 받는 사람들이 더 쉽게 그 혜택을 받는 미래가 도래할 수도 있는 것이다.

2부 인공장기, 이제는 바꿔 끼운다
카센터 옆에 인체부품 교환 센터가 있어서 몸 어딘가에 이상이 생긴다면 자동차 부품을 바꾸듯 이것저것 갈아 끼울 수 있다고 한번 상상해 보라. 인간의 몸의 각 부분에 대체할 조직을 실험실에서 유사하게 만들어내는 학문인 조직공학의 입장에서 이 상상은 현실로 이뤄내려는 비전이다. 이 비전이 현재 ‘조직’ 수준에서 가까운 미래에 ‘장기’ 수준이 되려면, 생인공조직을 만들기 위한 세포의 공급원인 줄기세포 연구가 진척되어야 하고 이를 통한 바이오장기의 개발에 따른 많은 제약과 문제점들을 극복해야 한다. 반복적으로 자기증식할 수 있고 다른 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 줄기세포의 연구는, 각종 질환을 근본적으로 치료할 수 있는 기반이기에 그 중요성이 강조 되고 연구개발에 힘써야할 분야이지만 기술개발이나 윤리적인 측면에서 세심한 주의를 기울여야 할 것이다.

3부 환경과 에너지 문제, 바이오가 해결한다
전근대적 산업 구조 하에 ‘개발지상주의’를 내세우며 앞만 보고 달려온 결과, 우리가 지금 누리는 많은 편리함과 혜택이 가능한 것임은 일견 자명하다. 그러나 그 결과로 잃어버린 환경으로부터의 혜택 또한 적지 않기에 환경보존과 개발이 공존할 수 있는 ‘지속가능한 개발’을 지향해야 한다는 세계적 흐름이 형성되어 있다. 이 흐름 속에서 우선시 되어야 할 것은 환경 문제의 개선일 텐데, 바이오센서나 바이오에너지와 같은 생물공학기술이 그 몫을 할 수 있다. 저온이나 고온, 고압, 초건조, 강산, 강알카리의 상태인 극한환경에서 적응하고 살아남는 ‘극한환경미생물’은 정밀 생물화학공정에 의해 유용한 물질들을 창출하는 데 이바지하고, 환경오염도 해결한다. 빛을 내는 박테리아를 이용한 바이오 센서나 연속 독성 모니터링 시스템은 미생물의 특성을 살려서 환경오염을 효율적으로 측정하고 관리하는 것을 가능케 한다. 우리가 놓치고 있는 중요한 에너지원으로 바이오에너지가 있는데 이는 식물군으로 대표되는 바이오매스에서 얻어질 수 있으며 바이오에탄올은 고유가 걱정 없는 자동차 연료로, 청정에너지인 수소는 연료로 사용될 수 있다.
4부 웰빙 시대의 먹거리를 책임진다
몸에 좋은 것을 찾아 먹는 사람들이 많아졌다. 생활 속에서 좋은 식습관을 유지함으로써 건강한 삶을 살고자하는 것이다. 인류의 역사와 함께 발전하며 이러한 사람들의 욕망을 가능케 해 온 것이 농업생물공학과 식품생물공학이다. 우리가 흔히 ‘웰핑 푸드’라고 부르는 ‘참살이 음식’은 다양한 발효식품 즉, 김치나 된장, 고유의 술인 청주 등을 포함한 재래 식생활이 그 기본이 된다. 맛과 영양이라는 식품의 기본 역할 외에 의약품으로서의 기능이 추가되어 의약 및 건강식품으로 시판되는 것들이 있다. 설탕을 대체하는 안전한 감미료로 올리고당, 자일리톨, 사이클로덱스트린, 칼슘 흡수율을 높이는 카제인 포스포펩타이드, 소금대신 사용할 수 있는 펩타이드 등이 있다.

5부 바이오칩, 바이오 전자공학의 신세계를 펼친다
세계적으로 생물공학이 관심의 대상이 되고 최첨단 과학으로 대두되는 이유는 모든 분야의 산업에서 생물공학이 기반 기술로서 할 수 있는 역할이 매우 중요하게 인식되고 있기 때문이다. 여기에 소개되는 전자공학과 생물공학의 연계를 통한 연구 성과들이 그 예가 될 수 있다. 센서의 특이성과 간편성을 갖춘 바이오센서는 측정물질을 분리하지 않고 직접 측정할 수 있다는 장점 때문에 기초과학 연구뿐만 아니라 환경오염물질의 측정 및 감시, 의료 진단, 생물공학, 식품공정, 산업 안전 등에서 큰 역할을 한다. 생물전자공학의 발전은 생물전자소자인 바이오칩을 개발?생산함으로써 인간과 같은 바이오컴퓨터와 바이오로봇을 실현하려는 인간의 꿈을 멀지 않은 미래에 이루게 할 원동력이다. 또한 청각장애인은 와우이식기를 통해, 시각장애인은 망막이식기를 통해 정상인 못지않게 재활할 수 있다는 것도 이러한 발전에 힘입은 결과이다.

6부 세포 속의 세계를 파헤친다
‘아주 작은 생물체’라는 뜻의 미생물은 눈에 보이지는 않지만 우리 주변에 아주 많다. 이 중에 인간의 입장에서 유익한 미생물들을 산업적으로 잘 이용하는 기술을 미생물공학이라 하며 이는 생물공학의 중요한 분야이다. 여기서는 생물공학이 화학공학에서 다양하게 응용된 사례를 살펴본다. 우리가 흔히 사용하는 비누에는 석유화학성분으로 만들어진 계면활성제가 들어있어 환경오염을 일으킬 수 있고 건강에도 유익하지 못한데, 미생물 계면활성제를 이용한 비누는 이를 효율적으로 대체할 수 있으니 상업화시킬 수 있는 가능성을 구체적으로 모색할 필요가 있다. 좀 더 나아가 대사공학을 통해 미생물을 통해 우리가 원하는 산물을 생산하게 함으로써 대체연료나 화학제품을 개발할 수도 있다. 세상에 존재하는 미생물 중에 인간이 배양할 수 있는 것은 많지 않다. 이에 미생물을 폭넓게 이용하기 위한 인간의 노력은, 생명체가 가지고 있는 대사조절활동을 컴퓨터에서 분석?응용하기 위해 가상세포를 개발하는데 까지 이어지고 있다.

7부 새로운 생물의 시대가 다가온다
경계를 넘나들며 발전하는 21세기 학문의 세계에서 분야 간의 융합은 그 형태가 매우 자유롭다. 나노바이오공학은 바이오기술인 BT(Biotechnology)와 나노기술인 NT(Nanotechnology)가 결합되어 새로이 나타난 것으로, 바이오로 만든 나노입자를 통해서 단 한 마리의 바이러스도 감지하는 나노 전깃줄, 몸속과 세포 속을 누비고 다니는 나노 로봇, DNA가 기억소자로 이용되는 바이오컴퓨터 등이 현실화될 것이다. 경제적, 산업적 발전에도 불구하고 우리가 안고 있는 걱정거리는 환경?보건?자원?식량 문제 등으로 대안의 모색이 시급한 상황이다. 바이오매스나 생물공정을 이용하여 각종 소재 및 에너지 등을 생산하는 산업생명공학기술이나 해양생명체 또는 해양생명체에서 유래하는 생체물질을 이용하여 유용한 제품이나 공정을 만드는 해양생명공학을 잘 활용하면 우리가 안고 있는 걱정거리에 대한 발전적 대안이 도출될 수 있다.