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미생물 식품 ‘산업화 시대’ 연다…차세대 단백질 시장 성장 전략 제안
'미생물 식품을 만들 수 있느냐'의 시대는 끝났다. 이제는 '누가 먼저 산업으로 만들 수 있느냐'의 시대다. 우리 대학 연구진이 미생물 식품 산업의 성공 조건을 제조·시장·규제 측면에서 종합적으로 분석하고, 차세대 단백질 산업의 성장 전략을 제시했다.
우리 대학은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀과 교원창업기업 (주)실리코바이오(SilicoBio) 공동 연구진이 미생물 식품 산업의 성공 조건을 제조·시장·규제 측면에서 종합적으로 분석하고, 산업화 전략과 로드맵을 제시했다고 31일 밝혔다.
이번 연구는 새로운 미생물이나 생산기술을 개발한 것이 아니라, 연구실의 원천기술을 실제 산업으로 연결하기 위한 핵심 과제를 체계적으로 분석했다는 점에서 의미가 있다. 특히 제조 준비성(Manufacturing Readiness, 연구실 기술을 산업 규모에서도 안정적으로 생산할 수 있는 수준으로 확보하는 것)과 시장 진입 전략, 규제 대응을 아우르는 통합적 관점을 제시함으로써 미생물 식품을 차세대 단백질 산업을 넘어 미래 바이오제조 플랫폼으로 발전시키기 위한 방향을 제안했다. 이는 향후 국가 바이오제조 경쟁력 강화와 글로벌 지속가능 식품 산업 육성에도 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다.
연구진은 미생물 식품 산업의 경쟁력이 연구실 수준의 생산성 경쟁에서 제조 준비성(Manufacturing Readiness) 경쟁으로 이동하고 있다고 분석했다. 원료의 안정적 수급과 품질 관리, 비모델 미생물(Non-model Microorganism, 산업적 활용 가능성은 높지만 연구 기반이 충분히 축적되지 않은 미생물)의 제어와 안전성 확보, 후공정(Downstream Processing, 발효 후 원하는 성분을 분리·정제·농축·건조하는 공정) 비용 절감, 부산물 재활용에 대한 규제 적합성 등이 실제 상용화 속도를 좌우하는 핵심 요소라는 것이다.
연구진은 특히 앞으로의 경쟁력이 단일 기술의 우수성보다 통합 제조 플랫폼(Integrated Manufacturing Platform, 균주 개발부터 대량 발효, 정제, 품질관리, 제품화까지 하나의 체계로 운영하는 생산 시스템) 구축 능력에서 갈릴 것으로 전망했다. 같은 미생물 식품이라도 어떤 원료를 사용하는지에 따라 전처리 비용과 품질 변동성이 달라지고, 어떤 균주와 발효 공정을 적용하는지에 따라 생산 원가와 에너지 사용량, 제품 품질이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 연구진은 향후 산업 경쟁력이 개별 기술이 아니라 이러한 요소를 통합적으로 최적화하는 제조 플랫폼을 얼마나 빠르게 구축하느냐에 달려 있다고 분석했다.
시장 측면에서도 연구진은 미생물 식품 산업의 성공 조건을 제시했다. 소비자 조사와 산업 사례를 종합한 결과, 미생물 식품의 확산은 단순한 친환경성만으로 이루어지지 않는다고 분석했다. 소비자는 맛과 식감, 친숙성, 안전성을 중요하게 평가하고, 식품 제조기업은 실제 제품에 적용 가능한 기능성을, 기업과 투자자는 허가 절차의 예측 가능성과 시장 진입 속도를 더욱 중요하게 고려하는 것으로 나타났다. 즉, 미생물 식품 시장은 기술 경쟁을 넘어 제품화 역량과 규제 대응 능력까지 함께 평가받는 산업 단계에 들어섰다는 것이다.
연구진은 또한 미생물 식품을 단순한 대체 단백질 산업으로 보지 않았다. 정밀발효(Precision Fermentation, 미생물을 이용해 특정 단백질이나 기능성 물질을 선택적으로 생산하는 기술) 기반의 기능성 식품 원료와 고부가가치 바이오소재, 나아가 순환형 바이오제조(Circular Biomanufacturing, 부산물과 재생 가능한 자원을 활용해 새로운 바이오 제품을 생산하는 지속가능한 제조 시스템)를 구현하는 핵심 플랫폼으로 발전할 가능성을 제시했다. 이는 미생물 식품이 미래 먹거리를 넘어 글로벌 식품·소재·바이오 제조 산업을 연결하는 새로운 생산 체계가 될 수 있음을 의미한다.
이번 연구에서 제시한 산업화 전략은 공동 연구에 참여한 실리코바이오의 사업화 방향과도 맞닿아 있다. 실리코바이오는 이번 연구에서 제시한 제조 준비성 확보 전략을 바탕으로 미생물 기반 단백질과 기능성 식품 원료를 실제 산업 규모 발효와 스케일업(Scale-up, 실험실 규모 생산을 산업 규모 생산으로 확대하는 과정), 제품화까지 연결하는 플랫폼 구축을 추진하고 있다.
이상엽 KAIST 특훈교수는 “합성생물학(Synthetic Biology)과 바이오제조(Biomanufacturing)를 둘러싼 글로벌 경쟁이 치열해지는 가운데, 미생물 식품은 미래 식량을 넘어 국가 바이오제조 경쟁력을 좌우할 핵심 산업으로 성장하고 있다”며 “앞으로는 원천기술보다 이를 실제 생산과 시장으로 연결하는 산업화 생태계를 얼마나 빠르게 구축하느냐가 경쟁력을 결정할 것”이라고 말했다.
실리코바이오 관계자는 “이번 연구에서 제시한 산업화 전략을 실제 생산과 사업화로 연결하는 것이 목표” 라며 “미생물 기반 차세대 식품과 기능성 바이오소재를 안정적으로 생산할 수 있는 플랫폼을 구축해 나가겠다” 고 밝혔다.
이번 연구는 생명화학공학과 정석영 박사과정생이 제1저자로, 실리코바이오 연구진이 공동 연구자로 참여하여, 국제학술지 '원 어스(One Earth)'(Impact Factor 15.3, JCR 상위 2.07%)에 7월 17일 게재되었다.
※논문명 : Microbial foods as scalable platforms toward a circular protein economy for sustainable nutrition, DOI:
※저자 : 이상엽(KAIST, 교신저자), 정석영(KAIST, 제1저자), 최솔(실리코바이오, 제2저자), 김준우(실리코바이오·인하대, 제3저자) 외 2명
실리코바이오는 합성생물학의 세계적 석학인 KAIST 이상엽 특훈교수가 2025년 6월 설립한 교원창업기업으로, 연구실 수준의 시스템대사공학 성과를 실제 산업화 단계로 연결하는 데 초점을 두고 있다. KAIST 연구진의 원천기술에 CJ BIO 출신 인력의 산업화 경험이 더해져, 균주 설계뿐 아니라 산업 규모 발효와 스케일업, 소재 정제와 제품화, 파일럿 생산과 공정 검증까지 함께 검토할 수 있는 팀 구성을 갖춘 것이 특징이다. 이를 바탕으로 실리코바이오는 차세대 단백질 제품에서 출발해 기능성 원료, 나아가 신약·신물질 후보로 이어지는 단계적 사업화를 추진하고 있다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제, 과학기술사업화진흥원이 지원하는 딥사이언스 창업 활성화 지원사업의 ‘합성생물학 기반 산업용 세포공장 플랫폼 고도화 및 고부가가치 기능성 바이오소재 사업화’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.
2026.08.31 조회수 706 -
석유 대신 미생물이 만드는 화학공장 시대 앞당긴다
석유 대신 미생물이 화학제품을 만드는 '바이오제조' 시대가 한 걸음 가까워졌다. 우리 대 연구진이 바이오제조 상용화를 가로막는 핵심 난제를 분석하고, AI를 활용한 산업화 전략을 제시했다.
우리 대학은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 바이오제조 상용화의 핵심 병목을 종합적으로 분석하고, 이를 극복하기 위한 산업화 전략과 미래 발전 방향을 제시했다고 14일 밝혔다.
현재 플라스틱과 섬유, 의약품 원료 등 대부분의 화학제품은 석유에서 생산된다. 하지만 탄소배출과 환경오염 문제가 커지면서 미생물을 이용해 화학물질을 만드는 바이오제조(Biomanufacturing)가 차세대 제조기술로 주목받고 있다. 그러나 실험실에서 개발한 기술을 실제 공장에서 경제성 있게 대량 생산하는 것은 여전히 큰 과제로 남아 있다.
바이오제조의 핵심 기술인 시스템대사공학(Systems Metabolic Engineering)은 미생물의 대사 경로를 설계·최적화해 원하는 화학물질을 생산하는 '미생물 세포공장(Cell Factory)'을 만드는 기술이다. 하지만 연구실에서는 높은 생산성을 보인 기술도 산업 현장에서는 생산성이 떨어지고 생산비가 증가하거나 가격 경쟁력을 확보하지 못해 상용화에 실패하는 경우가 적지 않다.
연구팀은 이러한 '연구실과 산업 현장 사이의 간극(죽음의 계곡, Death Valley)'을 대표적으로 보여주는 사례로 바이오 기반 화학원료인 숙신산(Succinic acid)과 생분해성 플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 분석했다.
숙신산은 친환경 플라스틱과 다양한 화학소재를 만드는 핵심 원료다. 연구팀은 숙신산이 기존 석유화학 제품과 경쟁하기 위해서는 생산량뿐 아니라 원료 가격, 발효 공정, 분리·정제 비용, 시장 규모까지 함께 고려해야 한다고 설명했다. 또한 의약품과 화장품, 식품 소재 등 고부가가치 시장부터 단계적으로 진입하는 전략이 현실적인 해법이 될 수 있다고 제시했다.
PHA는 미생물이 세포 안에 축적하는 생분해성 플라스틱으로, 사용 후 자연에서 분해되는 친환경 소재다. 하지만 생산비와 회수 비용이 높아 아직은 기존 플라스틱과 가격 경쟁력이 낮다. 연구팀은 생산 공정을 단순화하고 의료용과 식품 포장재 등 고부가가치 분야부터 적용한 뒤 범용 시장으로 확대하는 단계적 접근이 필요하다고 분석했다.
연구팀은 앞으로 AI가 바이오제조 산업화의 핵심 열쇠가 될 것으로 전망했다. AI는 효소와 미생물 설계는 물론 생산 공정을 가상으로 구현하는 디지털 트윈(Digital Twin), 경제성과 환경성을 동시에 분석하는 기술 등을 통해 바이오제조 전 과정을 최적화할 수 있다. 이를 통해 개발 기간과 생산 비용을 줄이고 상용화 성공 가능성을 높일 수 있다는 설명이다.
또한 연구팀은 기술경제성 평가(TEA, Techno-Economic Analysis)와 전과정평가(LCA, Life Cycle Assessment)를 연구가 끝난 뒤 수행하는 평가가 아니라 연구 초기부터 기술 설계의 기준으로 활용해야 한다고 제안했다. 아울러 원료 수급과 국제 정세 변화에 대비한 공급망 회복탄력성도 바이오제조의 새로운 설계 기준으로 고려해야 한다고 강조했다.
이번 연구는 새로운 생산기술을 개발한 것이 아니라 바이오제조 산업화의 성공 조건을 종합적으로 분석하고, 원료 확보부터 미생물 설계, 발효, 분리·정제, 시장 진입까지 전 주기를 아우르는 산업화 로드맵을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 이번 연구가 바이오 기반 화학산업의 상용화를 앞당기고, 장기적으로는 석유 중심의 화학산업을 친환경 바이오경제로 전환하는 데 기여할 것으로 기대했다.
이상엽 특훈교수는 "바이오제조의 상용화는 어느 한 공정만 잘해서 해결되는 문제가 아니라 원료-균주-발효-정제-시장으로 이어지는 전 주기가 유기적으로 연결돼야 가능하다"며 "시스템대사공학과 AI의 융합은 이러한 병목을 해결하고 바이오제조 시대를 앞당기는 핵심 기술이 될 것"이라고 말했다.
KAIST 생명화학공학과 김지연 박사과정과 유혜은 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이번 논문은, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications) 온라인판에 5월 30일 게재됐다.
※ 논문명 : Beyond petrochemicals: challenges and opportunities in industrial-scale biomanufacturing DOI: 10.1038/s41467-026-73835-1
※ 저자 정보 : 김지연(KAIST, 공동 제1 저자), 유혜은(KAIST, 공동 제1 저자), 김민호(KAIST), 이상엽(KAIST, 교신저자)
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단의 ‘차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 사업(과제번호: 2022M3J5A1056117)’ 및 ‘바이오제조 산업 선도를 위한 첨단 합성생물학 원천기술 개발사업(과제번호: RS-2024-00399424)’의 지원을 받아 수행됐다.
2026.07.14 조회수 2147 -
국제 뇌 심포지움 오는 3일(금) 오후2시, KAIST 정문술 빌딩에서 개최
우리대학은 오는 3일(금) 오후 2시부터 KAIST 정문술 빌딩에서 ‘뇌과학과 뇌공학으로 여는 미래산업’이라는 주제로 뇌공학 산업화 국제 심포지엄을 개최한다.
이번 행사는 KAIST, KIST, SK, 서울아산병원, 한국생명공학연구원, 한국표준과학연구원 등 6개 기관이 공동주최하는 두 번째 심포지엄이다. 지난해에 뇌질환 정복을 위한 의료연구전략을 중심으로 논의했으며, 올해는 뇌과학과 뇌공학의 산업적 이용가치와 산업화 전략을 주제로 논의한다.
일본 RIKEN 뇌연구소 소장을 역임한 슌이치 아마리 박사, 세계적 뇌과학자인 KIST 신희섭 박사, 뇌공학 연구의 선구자인 KAIST 이수영 교수등이 뇌과학과 뇌공학의 미래를 조명하고, 최근 세계적 신약 간질 치료제 개발에 성공한 SK 주식회사 곽병성 라이프사이언스사업부문장의 성공사례도 발표된다.
우리나라를 대표하는 시냅스 과학자인 KAIST 김은준 박사의 시냅스 생성 원리에 대한 강연과 교육과학기술부 WCU 사업을 통해 미국 스탠포드 대학에서 KAIST로 자리를 옮긴 도파민 분야의 세계적 석학 크리스토퍼 피오릴로 교수의 도파민과 학습의 비밀에 대한 강연도 흥미롭다. 또한 뇌공학으로 달라질 미래 세계를 ‘눈먼 시계공’이라는 과학 소설을 통해 조명중인 KAIST 김탁환, 정재승 교수의 흥미로운 강연이 있고, 네오위즈 대표를 역임한 박진환 티스터디 사장은 ‘뇌와 게임중독 그리고 전교 1등’이라는 제목의 강의를 통해 뇌연구의 새로운 시각을 소개한다.
이상엽 생명과학기술대학장은 이번행사를 주최한 6개 기관이 함께 참여하는 패널토의를 통해 우리나라의 미래 성장동력 창출에 뇌과학과 뇌공학이 어떻게 기여할 수 있는지에 대한 전망을 논의한다.
2009.07.01 조회수 24155 -
KAIST 지능로봇연구센터 5월 13일 개소
한국과학기술원(KAIST.총장 홍창선)에 지능로봇연구센터(소장 KAIST 전자전산학과 김종환 교수)가 문을 연다.
KAIST는 오는 13일 학교내 정문술빌딩 1층 드림홀에서 염홍철 대전시장, 김태현 정보통신연구진흥원장 등 200여명이 참석한 가운데 연구센터 개소식을 가질 예정이라고 10일 밝혔다.
지능로봇연구센터는 인간과 상호 작용하면서 정보지원, 교육, 엔터테인먼트 등 언제 어디서나 인간에게 다양한 서비스를 제공하는 인간지향적 IT기반 지능형 서비스 로봇 시스템 기반 기술 확보를 위해 정보통신부 지정 센터로 선정됐다.
이 센터에는 22명의 교수, 9개 연구기관 및 25개 관련 산업체가 참여하고 있다.
개소식이 끝난 뒤에는 센터가 보유한 기술 및 산.학 협력을 위한 컨소시엄 설명회와 제2회 국제지능로봇포럼이 열린다.
지능로봇연구센터와 대전전략산업기획단이 공동 주관하는 이 포럼에서는 유비쿼터스 로봇(Ubiquitous Robot)에 관한 국내외 전문가들의 주제 발표와 대전시의 지능로봇 산업화 전략 발표, 이에 대한 산학연 전문가 패널 토의가 이뤄진다.
특히 이 포럼에서는 김종환 교수 연구실이 최근 개발한 유비쿼터스 로봇(유비봇)인 `리티(Rity)"가 첫 소개될 예정이다.
2004.05.11 조회수 26809
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KAIST 나노종합Fab센터 건설 본격 착수
- 나노기술 선진국 진입을 위한 핵심인프라 구축 -
KAIST(총장 : 洪昌善)는 나노기술선진국 진입을 위한 핵심 인프라인「나노종합Fab센터」의 신축 건물기공식을 오는 1월 9일(금) 오후 3시, KAIST內 나노팹 신축부지에서 개최하였다. 동 행사에는 吳明 과기부장관, 염홍철 대전시장, 심대평 충남지사, 이원종 충북지사, 지역국회의원 외 국내 나노기술 관련 주요 전문가 등 관계자 120여명이 참석하였다.
「나노종합Fab센터 구축사업」은 ‘나노기술종합발전계획(’01. 7월)’에 의거 2002년 8월 ‘나노종합Fab구축사업단’이 발족되어 조직 및 운영체제 구축, 건물/Clean Room 설계, 1차구매장비(총 92대 511억원) 발주완료 등의 사업을 추진하여 지난해 11월 시공업체를 선정하여 본격 건설공사를 착수하게 된 것이다. 정부는 동사업의 성공적 추진을 위하여 2010년까지 총 2,900억원(정부 1,180, 민간 1,720)을 투자하여 3단계에 걸쳐 나노소자제작 및 시험, 분석, 측정, 가공에 필요한 나노관련 고가의 연구장비를 일괄 확보하여 산?학?연 연구주체가 공동으로 활용하는 종합연구지원 시설을 구축하여 국내?외 나노기술개발의 중심역할을 할 수 있도록 할 계획이다.
나노종합Fab센터의 건설규모는 Fab동(2층), 사무동(5층) 등 총 5,153평 규모로서 금년말까지 건설공사를 대부분 마무리하여 2005년 1월부터는 시설 및 장비에 대한 시범서비스를 개시할 계획이다.
참고로, 미래 신산업 창출을 위한 핵심기술로 부각되고 있는 나노기술은 향후 10년 내에 전기전자, 정보, 의약, 화학, 환경 등 기존의 모든 산업을 획기적으로 변화시킬 것으로 예측되고 있어 미국, 일본, EU 등 대부분의 선진국들은 나노기술 분야에 막대한 예산을 투입하여 연구인프라 구축 및 고급인력 양성에 총력을 기울이고 있는 현실이다.
「나노종합Fab센터」구축이 완료되어 본격적인 연구개발 지원 서비스를 개시하게 되면 아래와 같은 효과가 있을 것으로 기대된다.
첫째, 국내 나노기술의 거점역할이 가능하게 되고 산?학?연 연구개발주체에 나노기술의 종합적인 연구개발 지원이 가능하게 될 것이다.둘째, 아이디어 발현에서 산업화까지의 One-Stop 서비스 제공을 통해 기술개발기간을 대폭 단축할 수 있고 연구시설 및 장비의 공동활용을 촉진하여 투자의 효율성 제고하고, 세째, KAIST 교육인프라와 나노종합Fab시설을 접목을 통해 교육과 Hands on Experience를 통한 고급 인재를 양성하고 네째, 소규모 투자로 나노기술의 제품화를 유도하여 기술집약형 벤처기업의 육성 및 창업 활성화 유도하는 한편, 나노Fab센터를 중심으로 대전?충남지역에 ‘나노벤처단지’ 조성에 기여함으로써 지역특화 발전이 기대되고 있다.
앞으로 정부는 「나노종합Fab센터 구축사업」이 성공적으로 추진될 수 있도록 당초계획에 의거 단계적 장비발주, 민간자금 확보, 운영의 독립성 확보 등 차질없이 사업을 추진하여 정부지원이 중단되는 2011년 이후에 독립운영이 가능할 수 있도록 할 계획이다.
나노종합팹 센타 조감도
2004.01.15 조회수 33958