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[코로나 반년]난세 영웅, 질본-의료진-진단키트-'대덕'

국내 넘어 전 세계 100여개 국가에 진단키트·장비 수출
바이오 역량 집적 '진가'···코로나19 위기 속 협업 '극대화'
KAIST·출연연, 과기중심 '항바이러스협' 속도감 필요
김인한·김지영·이유진 기자 inhan.kim@HelloDD.com 입력 : 2020.07.19|수정 : 2020.08.05
코로나 사태 초기 중국에 이어 두 번째로 확진자가 많았던 한국은 K-바이오 역량으로 위기를 기회로 바꿨다. 18일 기준으로 전 세계 55개국에서 한국보다 많은 코로나 확진자가 나왔다. 18일 기준 총 188개국 1408만명이 코로나에 확진됐고 60만명이 코로나로 사망했다. <사진=존스홉킨스대>코로나 사태 초기 중국에 이어 두 번째로 확진자가 많았던 한국은 K-바이오 역량으로 위기를 기회로 바꿨다. 18일 기준으로 전 세계 55개국에서 한국보다 많은 코로나 확진자가 나왔다. 18일 기준 총 188개국 1408만명이 코로나에 확진됐고 60만명이 코로나로 사망했다. <사진=존스홉킨스대>

국내 코로나 발생 6개월 현황. <사진=질병관리본부 제공>국내 코로나 발생 6개월 현황. <사진=질병관리본부 제공>

지난 1월 20일, 코로나바이러스감염증-19(코로나19) 국내 첫 확진자가 나왔다. 당시 누구도 코로나19 사태가 이처럼 장기화되리라 예측하지 못했고, 팬데믹(세계적 대유행) 상황에서 한국이 진가를 드러내리라고 내다본 이는 더욱 없었다. 중국발(發) 바이러스가 바이오 심장부 미국을 급습해 '세계 최대 코로나19 감염국'이라는 오명을 붙일 거라고도 아무도 생각지 못했다. 바이오 강국들이 우왕좌왕하는 사이 한국은 질병관리본부가 중심축이 돼 의료진 헌신과 바이오 업계 기술로 세계 시장에 'K-바이오' 브랜드를 각인시켰다. 불과 반년 만에 벌어진 일이다. 

20일 국내 코로나19 사태가 6개월을 맞았다. K-바이오는 위기를 기회로 바꿨다. 질본의 발빠른 방역과 의료진의 헌신적인 대응이 초기 확산을 잡았다. 특히 정은경 본부장의 코로나19 위기소통 능력은 국민들에게 신뢰를 안기며 지침이 잘 지켜지는데 역할을 했다. 대덕 바이오벤처는 축적된 기술을 통해 진단 분야의 중심이 됐다. 이들 모두 평시에 실력을 쌓으며 전시에 진가를 드러낸 난세 영웅들이다. 여기에 KAIST를 포함해 정부출연연구기관이 집적된 대덕은 '코리아 프리미엄' 속 K-사이언스 입지 다지기에 나섰다.

◆ 대전 바이오벤처 수출 23.5배 증가

대덕이 진가를 드러낸 건 코로나19 사태 초기였다. 방역 당국이 신속·정확한 진단을 통해 환자를 가려내고 전선을 좁혀가는 전략을 펼치면서다. 대전 바이오 클러스터에는 진단키트·장비 제조부터 유전자 추출·증폭 시약까지 모두 개발할 수 있는 기업군(群)이 형성돼 있다. 또 바이오기업 기술개발에 필요한 효소를 자체 개발, 생산할 수 있는 인프라 기업도 다수 모여 있다. 

K-바이오 시작점이라 할 수 있는 바이오니아. 진단 장비부터 인력 양성까지 30여 년의 축적이 코로나19 사태에서 빛을 발했다. 바이오니아는 현재까지 DNA·RNA 유전자 합성 기술을 기반으로 원재료부터 완제품까지 자체 생산과 공급 체계를 갖추고 있다. 코로나19 진단에 필요한 핵산추출키트·장비, 분자진단키트, 실시간 PCR(유전자증폭) 장비를 모두 국산화한 국내 유일 기업이다.

질본·식품의약품안전처가 외산 진단 장비에 쓸 수 있는 진단 시약을 긴급사용승인 조건으로 내걸어 국내에선 코로나19 진단 시스템 길이 막혔다. 그러나 전 세계 60여 개 이상 국가에 진단키트·장비 등 전 진단 시스템을 수출해 K-바이오 위상을 드높이고 있다. 특히 바이오니아와 충남대 산학협력단이 양성한 진단장비 인재들이 지역 바이오벤처에서 활약하며 대덕은 확고한 K-바이오 중심지로 거듭났다.

바이오니아는 진단 장비 분야에서 '초격차' 전략을 내세우고 있다. 강점이 있는 진단 장비 분야에서 넘볼 수 없는 차이를 만들겠다는 의지다. 여기에 매년 수십억원을 들여 치료제 연구개발에도 뛰어들었다. 바이오니아는 질병의 원인이 되는 특정 단백질에 치료제를 전달하고, 타깃 세포 내에서 치료제를 활성화시켜 질병 RNA를 분해하는 전달하는 플랫폼 기술을 개발했다. 최근에는 코로나19 치료제 후보물질을 개발해 특허 출원을 완료했다.  

솔젠트는 코로나19 사태 속 가장 눈에 띄는 성장 사례다. 솔젠트는 지난 2월 말 대구·경북에서 코로나19 환자가 급증하던 시기 유전자 ORF1a gene과 N gene을 정성 검출하는 분자 진단 시약을 개발해 질병관리본부로부터 긴급사용승인 허가를 받았다. 당시 진단 시약 생산능력은 주당 5000개였지만, 삼성전자·중소벤처기업부 도움으로 현재 생산량을 4배 이상 늘렸다. 미국 FDA(식품의약국) 긴급사용승인허가까지 받으면서 57개국에 수출하고 있다. 지난해 매출은 61억원. 올해 6월까지만 매출이 벌써 500억가량을 기록했다. 

수젠텍은 혈액 한 방울로 10분만에 코로나19를 신속진단할 수 있는 항체키트를 개발했다. 임상 결과 정확도는 96.9%. 현재까지 40여 개국 이상에 수출하고 있다. 신속진단키트를 주당 200만개 생산 중이다. 지난해 4월 수출 개시 열흘 만에 전년도 매출 38억원을 초과 달성하기도 했다. 수젠텍은 항체 기반보다 난이도가 높은 항원 진단키트 개발을 위해 관련 특허를 취득하고 있다. 현재 항원 기반 신속진단키트, 중화항체 진단키트 등 연구개발이 지속되고 있다.  

진시스템과 시선바이오머티리얼스는 모두 PCR 기반에서 코로나19를 1시간 내외로 진단할 수 있는 기술을 내놨다. 진시스템은 자체 개발한 진단 장비에 ICT를 접목했다. ETRI에서 기술이전 받은 박막 필름 소재로 진단장비 칩 하부를 제작, 열전달 효율을 높여 코로나19를 1시간 내외로 진단할 수 있다. 시선바이오는 국내기업 중 유일하게 미국 FDA로부터 제품 2개에 대해 긴급사용승인 허가를 받았다. 실시간 RT-PCR(유전자증폭) 방식의 진단키트, 등온 증폭을 활용했다. PCR 기반 방식임에도 불구하고 30분 내외로 코로나19를 신속 진단할 수 있다.

대전시에 따르면 코로나19 국면에서 지역 진단기업의 수출성과는 지난해 5월말 동기대비 23.5배 증가했다. 수출액은 총 6262만 달러(약 750억원), 전 세계 100여개 국에 수출됐다. 코로나19 종식을 예상할 수 없는 가운데, 하반기에도 이같은 수출 흐름이 지속될 전망이다. 

◆ 코로나19 위기 속 협업 '극대화'

대덕에 집적된 바이오기업은 물리적으로도 거리가 멀지 않아 협업이 가속화되고 있다. 제노포커스와 솔젠트는 지난 4월 '원재료 자체 생산체제 구축을 위한 기술제휴'를 체결했다. 제노포커스는 효소 전문기업으로 진단키트에 필수적으로 들어가는 효소 3종과 단백질 생산을 도우며 솔젠트의 대량 생산을 가능하도록 했다. 

와이바이로직스는 1000억개 항체 라이브러리를 기반으로 항체 기반 신약을 개발하고 있다. 항원 발현과 항체 개발 능력을 갖춘 독보적인 기업이다. 와이바이오로직스는 지난 6월 수젠텍과 중화항체 진단키트 개발을 위해 협약을 체결했다. 중화항체 측정은 코로나19 면역력을 보유했는지 판단할 수 있는 기준이 된다.  

와이바이로직스는 항체 라이브러리와 항체 개발 기술을 기반으로 중화항체 타깃이 되는 단백질과 중화항체 개발을 담당한다. 수젠텍은 이를 활용해 현장 검사와 대량 스크리닝이 가능한 '중화항체 정량 검사키트'를 개발할 예정이다. 

코리아 프리미엄 속 세계 시장에 'K-사이언스' 브랜드를 각인시키려는 움직임도 있다. 지난 4월 KAIST를 중심으로 꾸려진 항바이러스협의회 사례가 대표적이다. KAIST는 과학기술 역량을 총동원해 의료 현장 문제를 해결하고, 이를 기업과 함께 K-방역 브랜드화해 글로벌 산업으로 발전시킨다는 목적으로 과학기술 뉴딜 사업을 추진했다. 이를 추진할 체계로 KAIS와 대덕에 있는 바이오기업, 출연연, 대학병원 등 30여 개 기관과 항바이러스협의회를 발족한 바 있다. 

KAIST는 이달 초 정부 3차 추가경정예산 222억원을 확보했다. 진단, 감염 보호, 임상 지원, 치료제·백신 등 4개 분야에서 혁신적인 기술을 개발하고자 예산을 투입할 예정이다. KAIST는 예산 편성과 함께 항바이러스협의회 역할 분담을 구체화하고, 기업·연구소·대학병원과 기술개발에 나선다는 계획이다. 다만 아직도 추진 체계가 제대로 작동하지 않고 있어 의사결정에 속도가 붙어야 한다는 현장 목소리가 나온다. 

이외에도 최근 충남대학교병원과 한국한의학연구원이 전 세계에서도 유례 없는 양방과 한방의 결합을 시도 중이다. 최근 두 기관 관계자들이 만나 이와 관련해 공감대를 형성했다.  

◆ 세계 첫 코로나19 고해상도 지도, 표준물질 탄생

코로나19 대응을 위해 출연연은 ▲백신·치료제 후보물질 ▲진단키트 성능 고도화 ▲바이러스 제거 ▲시뮬레이션 ▲소재 개발 등의 분야에 뛰어들었다. 6개월이 지난 현재 연구 성과가 기업에 이전되거나 상용화되는 등 성과를 내고 있다. 다만 백신·치료제 후보물질이 성과로 이어지려면 1년 이상의 기간 동안 전임상, 임상시험을 거쳐야 하는 단계가 남았다. 

IBS(기초과학연구원) RNA 연구단은 지난 4월 코로나19 원인이 되는 바이러스 RNA 전사체를 세계 최초로 분석했다. 질본과 공동연구한 성과다. 코로나19 고해상도 유전자 지도를 완성해 바이러스 유전자의 정확한 위치 파악과 RNA의 화학적 변형 40여 곳 등을 찾았다.  

한국표준과학연구원은 코로나19 진단 효율성, 신뢰성을 향상시킬 '코로나19 바이러스 유전자 표준물질 개발'에 성공했다. 중국에 이어 두 번째다. 

코로나19 진단은 '실시간 유전자 증폭검사'(RT-PCR)을 사용하는 것이 일반적이다. RT-PCR 진단 시약 안에 있는 '프라이머'는 코로나19에만 나타나는 특이 DNA에 달라붙어 이를 증폭시키는데, 이때 증폭 과정을 얼마나 거쳤는지 의미하는 Cq(역치 사이클)값이 일정 기준값보다 낮으면 양성, 높으면 음성으로 판정한다.

문제는 여러 기업에서 진단키트를 생산하다 보니 기준값이 달라 신뢰도가 떨어진다는 점이다. 이에 표준연은 역전사 디지털 중합효소 연쇄반응((Reverse Transcription Digital PCR, RT-dPCR)을 이용, 코로나19 표준물질 개발에 성공했다. 검체 내 코로나19 존재 여부와 개수까지 정확히 추정할 수 있다. 특히 개발된 코로나19 표준물질은 전체 유전체의 약 90%를 포함하고 있어 중국의 10% 표준물질보다 더 많은 유전자 정보를 담는다. 

◆ 화학연·생명연, 강점 연구 집중

백신·치료제 후보물질 연구에서 주목받는 곳은 '신종바이러스융합연구단'(CEVI 융합연구단)이다. 질본으로부터 검체를 제공 받아 코로나19 백신·치료제 후보물질 개발과 진단기술 고도화 연구에 돌입했다. 고병원성 바이러스를 연구할 수 있는 생물안전도(BL·Biosafety Level) 3등급 실험실'을 갖춘 국내 몇 안 되는 연구단이다. 

CEVI 융합연구단은 지난 6월 초 코로나19 샘플을 확보, 4개월 만에 백신·치료제 후보물질을 개발해 각각 HK 이노엔, 레고켐바이오사이언스에 기술이전했다. 진단키트 성능을 고도화한 연구 성과는 웰스바이오에  기술을 넘겼다. 

연구진에 따르면 치료제 후보물질은 새로운 화합물(CEVI-319, CEVI-500)로 코로나 계열에 우수한 약효를 보였다. 특히 연구진은 원숭이 신장 세포 시험 결과 특정 농도에서 바이러스를 50% 사멸하는 능력이 미국의 코로나19 치료제 렘데시비르보다 50배 높았다고 밝혔다. 

'백신 후보물질'은 세포와 마우스 실험 결과 기존 백신 항원으로 개발된 코로나19 스파이크 단백질에 의한 중화항체 생성능력보다 3~5배 정도 높게 나왔다. 이는 경증뿐 아니라 중증 환자도 코로나19 예방이 가능하다는 것을 의미한다. 코로나19 유전자를 표적으로 하는 '분자진단키트'는 기업과 공동개발했다. 말레이시아 등에 수출 중이다.

한국생명공학연구원 감염병연구센터 역시 코로나19 확산 조짐이 보이자 치료제·백신 개발을 위한 실험용 원숭이 모델 개발에 속도를 냈다. 치료제·백신 개발을 하려면 전임상 단계에서 마우스→돼지→영장류 모델을 통해 임상시험을 거치지만, 연구진은 팬데믹 대처를 위해 코로나19에 감염된 원숭이를 만드는 실험에 집중했다. 

연구진이 개발한 코로나19 영장류 모델(붉은털원숭이)은 지난 6월 국내 기업 3곳이 개발한 치료제와 백신 후보물질 3종의 효능 실험을 시작으로 실험에 본격 투입됐다. 생명연은 매달 3건 내외의 실험을 지원할 방침이다. 

◆ 김 서림 방지 고글부터 바이러스 무력화 연구 

KIST(한국과학기술연구원)는 의료현장에 도움을 줄 '김 서림 방지 고글'과 '침방울이 표면에 묻지 않는 마스크'를 개발해 한국원자력의학원 의료진에게 기부했다. 고글 안쪽에 생기는 수증기로 김이 서려 시야 확보가 어렵다는 현장 의견을 반영한 기술이다. 

해당 고글은 안쪽 표면을 물방울이 생성되지 못하게 가공하고 미세한 요철이 생기게 깎아 친수성 물질로 코팅해 김이 서리지 않는다. 제품 양산을 위해 고글납품업체와 양산업체가 논의 중인 것으로 알려졌다. 연구진은 고글에 쓰인 '나노 가공' 기술을 마스크에 적용해 침방울이 표면에 묻지 않는 마스크도 제작했다. 코로나19 비말·에어로졸 전염 가능성을 고려한 대응성 평가와 상용화를 위한 추가연구 등을 진행 중이다.

한국건설기술연구원은 실내 공기 중 코로나19를 잡는 공조 필터를 개발하고 이를 탑재한 공기청정기 25대를 대구지역 선별진료소 등에 기부했다. 개발된 공조 필터 핵심은 광촉매다. 광촉매가 빛과 반응할 때 발생하는 활성산소의 강력한 산화력을 응용해 코로나 계열 바이러스를 제거했다. 국내외 전문기관의 실험 결과, 대장균, 살모넬라균, 박테리오파지, 로타바이러스, 노로바이러스, 인플루엔자 바이러스, 휴먼 코로나바이러스 등에 대해 99% 이상 제거 또는 무력화하는 효과를 확인했다. 다수 기업에 기술이전을 완료해 상용화가 기대되는 연구 결과다. 

이외에도 한국기초지원연구원의 '초저온 전자현미경 장비를 이용한 코로나19 바이러스 스파이크 단백질 이미지화', 한국화학연구원의 '바이러스 소독·살균 기업제품 성능 검사', 국가수리과학연구소·KIST의 컴퓨터 시뮬레이션 기반 코로나 확산 추이 등 다양한 연구가 진행 중이다.

◆ 지자체, 특구진흥재단, 경제통상진흥원 지원도 두드러져

코로나19 위기 극복에 지자체와 연구지원기관 등에서도 힘을 모으고 있다. 특히 기업 지원책에 집중하는 모습이다. 대전시는 규제자유특구 사업 일환으로 '병원체자원 공용연구시설 구축'에 나섰다. 바이오기업이 개별적으로 검체를 확보하는 애로사항을 해결하고자, 충남대병원에 BL-3 시설을 구축해 검체 제공과 임상 시험을 모두 지원한다는 목적이다. 

나노종합기술원은 대전테크노파크(대전TP), ETRI(한국전자통신연구원)과 'ICT 기반 비대면 감염병 진단 사업'을 추진 중이다. 바이오 진단 기업을 대상으로 앞으로 2년간 93억원 상당의 ICT 장비 지원·플랫폼 구축 등이 이뤄진다. 연구개발특구진흥재단과 대전경제통상진흥원도 각각 스타트업 대상 자금 수혈, 비대면 수출 마케팅 지원에 나섰다.

대덕 생태계 활성화에 주력해 온 한 관계자는 "대덕은 그동안 축적해온 기술, 인력 양성 등을 바탕으로 이번 코로나19에서 확실한 역할을 하고 있다. 특히 바이오벤처들의 활약이 한국의 위상을 한층 높였다"면서 "현재 산학연관병이 협력해 협의체를 구성하고 예산까지 확보했다. 이젠 실제 움직이면서 K-바이오의 중심지 대덕이 K-사이언스 중심축으로 거듭날 수 있길 기대한다"고 말했다.
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