2014-08-05


Bioprospecting이란?

bioprospecting(biological prospecting, 생물탐사)은 과학적, 상업적 목적을 갖고 생물다양성을 탐사하는 것을 말한다. 다시 말해서 일정 지역의 생물다양성을 조사하고 생물 유기체의 샘플을 추출·분석한 후, 이 과정에서 발견된 정보를 이용하여 얻어진 생성물질을 상품화하는 것이다. 생물 유기체의 연구와 포획활동은 주로 과학적 목적에서 이루어지지만 여기에서 얻어진 과학적 지식을 상업적 목적으로 이용하여 상품을 만들어낸다는 점에서, bioprospecting은 순수한 과학적 목적의 유전자원 연구나 상업활동과 다르다.

남극과 북극, 열수분출공(hydrothermal vents), 심해저(deep sea) 등은 bioprospecting의 대상이 되는 다양한 생물자원을 보유하고 있다. 이중에서도 남극은 bioprospecting과 관련하여 세계에서 가장 주목받고 있는 지역이다. 남극의 생태계는 극한적인 환경에 적응하여 살고 있는 독특하고 다양한 동식물로 이루어져 있다. 이들은 극도로 낮은 온도와 습도, 염분 등 열악한 환경 속에서 생존을 위해 진화해 온 극한성 생물(extremophile)에 속하는데, 이들의 독특한 특성을 이용하여 인류의 질병을 치료하는 신약이나 효소, 기타 상업적 제품을 개발하는 bioprospecting이 활발하게 추진되고 있다.

국제적으로 수락된 bioprospecting의 정의는 아직까지 마련되지 않았고, 이를 규제하는 법제도도 수립되어 있지 않다. 이러한 상황에서 남극에서의 생물 탐사활동의 확대는 여러 가지 문제를 제기하고 있다. 남극의 과학연구는 원래 풍부한 생물다양성을 연구하여 인류의 이익을 증진하는 것을 목적으로 한다.

bioprospecting은 상업적 목적으로 유전자원을 조사, 수집, 채취, 분석한다는 점에서 남극의 과학연구와 구별된다. bioprospecting도 유전자원과 생화학적 자원의 연구를 통해 인류 이익에 기여할 수 있지만, 남극 과학연구와 달리 상업적 이익을 추구하고 특허권자에게 배타적 권리를 인정한다는 점에서 남극조약체제와의 충돌 여부가 문제 시 되고 있다. 남극조약체제 내에서 남극생물자원을 이용한 특허에 대해서는 아직 별도의 규제가 이루어지지 않고 있지만, 과학연구의 자유와 상업화를 조화시키는 문제가 여전히 논의되고 있다.

또한 영유권을 인정하지도 부인하지도 않는 남극조약체제 하에서 유전자원에 대한 소유권은 누가 보유하는지, 개발 이익을 어떻게 분배해야 하는 지, 남극환경에 미치는 환경적 영향과 윤리적 문제를 어떻게 해결해야 하는 지, 남극에서의 bioprospecting에 대해 남극조약체제를 적용하는 게 적절한지, 관련 국제법 및 정책과의 관계를 어떻게 설정해야 하는 지 등의 복잡한 법적, 정치적, 환경적 이슈가 제기되고 있다.


남극 Bioprospecting의 현황

현재 세계적으로 생명공학, 폐기물, 농업, 약학산업과 화장품산업을 포함한 여러 분야에서 bioprospecting에 의해 새로운 제품이 만들어지고 있다. 상업적 제품을 개발하기까지에는 오랜 시간과 비용, 불확실한 과정을 거쳐야 하지만, bioprospecting 산업은 비약적으로 발전하고 있다.

지난 5년간 bioprospecting 관련 기업은 세계적인 불경기에도 불구하고 새로운 발견을 용이하게 하는 기술발전에 힘입어 크게 성장해 왔고, 오늘날 많은 생명과학 기업과 연구소들이 상업적 출원을 위해 생물분자를 개발하고 있다. 2013년을 기준으로 할 때 bioprospecting에 종사하는 기업의 수는 10,646개에 이르고, 고용인원은 52만 4천명, 연간 수입은 2620억 $, 연간 성장률은 11%에 달한다. 이 중 절반이 의약품이고 나머지는 산업과 농업분야 등이다. 향후 5년간 전 세계의 관련 기업들은 생명공학에 대한 투자를 크게 확대해 나갈 것으로 전망되고 있다.

남극에서도 bioprospecting이 활발하게 이루어지고 있다. 남극에서 실시되는 bioprospecting에 관한 정보는 online database에 의해 제공된다. 이 데이터베이스는 벨기에와 UNEP의 공동 발의에 의해 UN대학 고등학술연구기관(United Nations University Institute of Advanced Studies, UNU-IAS)이 개발한 것으로, bioprospecting에 관한 최신 정보를 포괄적인 방식으로 다루고 ATCM이 이 문제를 더 철저히 심의하도록 하기 위한 목적에서 운영되고 있다. 데이터베이스에서는 실제 이루어지고 있는 상업적 활용과 잠재적 활용을 포함하고 있는데, 여기에서 제공하는 정보에 따르면, 이미 남극 유전자원에 대한 상업적 관심이 매우 높아져 있고 여러 국가의 상당수 기업과 연구기관들이 남극유전자원에서 개발한 상품을 판매하는 시장이 형성되고 있다.

1990년대 중반 뉴질랜드와 미국 과학자들은 남극해역에서 발견된 Kirkpatricka varialosa라는 해면동물(sponge)에서 항종양 및 항바이러스(anti‐tumour and anti‐viral) 성분을 지닌 “Variolin B”을 추출해 냈고, 스페인회사인 PharmaMar는 Variolin의 항암 성분도 연구하고 있다. Variolin의 파생물질은 이미 특허를 받았다.

벨기에가 2010년 개최된 제32차 ATCM(Antarctic Treaty Consultative Meetings: 남극협의당사국회의)에 제출한 WP 1 The Antarctic biological prospecting database에 따르면 당시 남극유전자원을 이용한 실질적인 상업적 활용과 잠재적 활용은 모두 27개국에서 187개의 실적(records)을 포함하고 있는데, 그 후 제33차 ATCM에서 9개가 추가되고 제35차 ATCM에서 22개의 새로운 특허교부나 특허신청이 추가되어 2013년 5월 현재 모두 218개에 이른다.

남극의 bioprospecting은 육상환경과 해양환경, 내수(inland water)환경에 서식하는 3가지 생물군계(biome)를 대상으로 실시되고 있다. 가장 큰 비중을 차지하는 것은 남극해의 해양환경 생물군계에 속하는 유기체로 50%를 차지하며, 육상환경의 유기체는 43%, 내수환경의 유기체는 3%, 기타 4%로 이루어져 있다(32th ATCM, WP 1).

육상 유기체를 대상으로 하는 특허는 이스트(yeast: 효모)와 균류(mold), 박테리아, 기타 미생물을 대상으로 한다. 아래에서 보는 바와 같이 이중에서 이스트와 균류가 59%를 차지하고, 박테리아와 기타 미생물은 29%를 차지한다. 남극 좀새풀(Antarctic hairgrass), 곰팡이(fungi), 지의류(lichen) 등의 유기체는 다양한 상업적 응용을 위한 소스로 이용되고 있는데, 좀새풀 기타 식물이 7%, 곰팡이와 지의류가 3%를 차지한다. 육지 표면이나 근처에 있는 육수(inland water)의 유기체로는 박테리아, 시아노박테리아(cyanobacteria), 담수 조류(fresh-water algae) 등이 있고, 이중에서 시아노박테리아가 1%, 담수조류가 1%에 달한다.

해양 유기체로는 어류와 같은 척추동물과 산호초, 불가사리, 멍게(tunicate), 해면동물 등의 무척추동물이 있다. 이 중에서 상업적 활동의 대부분이 크릴에 집중되어 있다. 크릴은 해양 bioprospecting의 대상이 되는 유기체 중 62%를 차지하고 다음으로 박테리아가 12%, 해면동물과 멍게 등 무척추동물이 10%, 어류와 척추동물이 10%를 차지한다. 그밖에 해조류 5%, 기타 해양유기체가 1%를 차지한다.

해양 유전자원은 보통 제약 및 의학기술, 식품, 음료, 화장품, 개인용품 산업 등에 이용되고, 육상 유전자원은 분자생물, 생물공학 및 화학공정산업에 이용된다. 아래 도표에서 보는 바와 같이 남극유전자원을 이용하는 분야 중에서 가장 비중을 많이 차지하는 것은 제약 및 의학기술 산업으로 전체의 24%에 달하며, 다음은 화학공정산업으로 17%, 식품 및 음료 산업 17%, 분자생물 및 생명공학산업 15%, 산업응용 15%, 화장품 및 개인용품 산업 5%, 양식 및 농경 5%, 약효식품 2%, 환경복원 1% 미만 등이다.

해양 유전자원으로는 크릴의 오일에서 추출한 기능식품(nutraceuticals), 부동 단백질(anti-freeze proteins), 항암제(anti-cancer drugs), 효소(enzymes)와 화장품용 화합물 등이 실제로 상품화되고 있다. 출원된 특허 중에는 크릴과 어류에서 추출한 효소가 바이러스성 감염, 박테리아나 기생충 감염, 한센병 감염의 치료에 효과가 있고 대장염, 궤양, 방광섬유증, 각막의 상처, 자가면역질환 등 면역장애, 암 등의 치료에도 이용되는 것으로 나타나고 있다.

2010년-2012년에는 크릴과 관련하여 22개의 특허 신청 중 12개가 특허를 교부받았다. 새로운 크릴관련 특허 중에는 크릴의 추출물(extract)과 오일을 의약품과 기능식품, 즉 피부암이나 당뇨, 골관절염, 류마치스성 관절염, 중추신경시스템과 관련된 질병 및 상처 등을 치료하거나 예방하는 의약품 내지 식품으로 이용하는 것을 포함한다. 남극 해면동물 Kirkpatrickia varialosaand과 멍게 Synoicum adareanum에서는 항암성분이 발견되었고, 해양 조류 기타 해양 미생물은 화장품과 개인용품 산업에 이용되고 있다.

육상 유전자원으로는 주로 박테리아와 효소를 포함한 육상 미생물이 이용된다. 효소를 이용한 상품으로는 Candida Antarctica가 대표적이다. Candida Antarctica는 알칼리에 내성이 있는 이스트로, Vanda 호수의 퇴적물에서 발견되었다. Candida Antarctica에서는 2가지의 리파아제(lipase: 지방분해효소), 즉 lipase A와 lipase B가 변종으로 나타나는데, 이들은 비만치료제로서 연구자들의 관심을 끌고 있다.

2012년 중국의 기업과 대학들은 3개의 특허를 출원하였다. 남극의 추위에 적응하는 미생물의 세포외 다당류(extracellular polysaccharide)를 이용하여 인체의 면역체계를 개선하는 특허, Antarctic Great Wall Station의 토양에서 추출한 균류 oidiodendron truncatum을 이용하여 세포 증식억제제로 이용하는 특허, 그리고 참치의 냉동보존방법으로 남극의 해빙 박테리아를 이용하는 특허가 그것이다. 우리나라의 한국해양연구개발원(KORDI)은 남극 이끼류인 Ramalina terebata에서 발견된 소염제 성분을 이용한 제품에 대해 특허를 신청하였다. 이 제품은 염증성 질환과 면역질환을 예방, 치료하고 증상을 완화시키고 개선하는 데 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

다양한 어류에서 생성되는 부동 당단백질(antifreeze glycoproteins)은 개발가능성이 매우 높은 것으로 전망되고 있다. 이에 대한 연구는 추운 날씨에서 어류의 양식 생산성을 높이고, 냉동식품의 유통기한을 늘리고, 이식된 세포조직의 보존율을 높이기 위해 추진되고 있다. 상업성이 있는 제품으로 만들어질 가능성이 있는 경우는 항생물질, 저온 활성효소(cold-active enzymes), 내열 염료제(heat resistant dyes) 등이다.

그밖에 미국기업 UAB Research Foundation이 Schirmacher Oasis 호수(Dronning Maud Land에 위치)의 극한성 생물을 이용한 항암제와 항균성 약품을, 인도가 남극반도 및 연안의 섬에서 서식하는 the Deschampsia antarctica 식물에서 추출한 성분으로 화장품과 영양제, 의약품을 만들었고, 말레이시아 Putra 대학이 남극 미생물(Leucosporodium antarcticum)에서 새로운 효소를 추출하여 각각 특허를 신청하였다. 2006년 캐나다의 Neptune Technologies & Bioresources는 크릴에서 추출한 물질을 이용한 질병 예방 내지 치료 관련 특허 출원으로 특허권을 발급받았고, 인도의 Council of Scientific and Industrial Research도 남극 향(向)정신성 박테리아(Antarctic Psychotropic Bacterium) Pseudomonas Syringae을 이용한 특허를 취득하였다.