[기고] 생명을 구하는 솔루션: 합성 생물학의 혁신을 위한 기술

2023-03-07

아나로그디바이스(Analog Devices)

아나로그디바이스와 에보네틱스의 협력

기술 개발을 가속화하고 첨단 플랫폼을 상용화하기 위해, 에보네틱스는 이 분야에 대한 깊이 있는 이해와 바이오센서 솔루션, MEMS 프로세싱, 반도체 미세제조에 관한 전문성을 갖춘 파트너를 필요로 했다. 에보네틱스는 이러한 비전을 실현하고 전세계 모든 연구자들이 DNA 합성에 좀더 쉽게 다가갈 수 있도록 하기 위해서 아나로그디바이스(ADI)와 ADI의 혁신 센터인 아나로그 가라지(Analog Garage)를 파트너로 선택했다.

만약에 우리가 암이나 대사 질환, 감염병 치료를 위해 물리학과 생물학을 결합하고, 경제성 있으면서 환자별로 개인 맞춤화가 가능한 신약을 실리콘 칩 표면상에서 빠르게 개발할 수 있다면 어떻게 될까? 이러한 혁신 기술이 자연의 힘과 결합하여 제약, 제조, 농업 같은 분야에서 인류가 당면한 과제들을 해결할 수 있는 길을 열어준다고 상상해 보라. 놀랍게도 그러한 일이 실제로 일어나고 있다.

합성 생물학(synthetic biology)이 공상과학 영화 속의 판타지에 그치지 않고, 엔지니어들이 생물학에 좀 더 쉽게 다가갈 수 있게 해주는 혁신적인 통섭 기술로서 부상하고 있다.

이 기술은 자연계에 존재하지 않는 생물학적 부품, 솔루션, 시스템의 설계 및 제조를 위해 화학, 생물학, 컴퓨터 공학, 엔지니어링 분야의 혁신 성과들을 융합한 것이다. 합성 생물학은 우리가 생물학적 시스템을개발하고 응용 가능한 제품의 범위를 확장하는 방식을 변화시킬 수 있도록 추상화, 표준화, 그리고 자동화 구축 기법을 사용하는 생물학 기반의 툴 키트로 이해할 수 있다.

에보네틱스(Evonetix)는 생물학의 지평을 더욱 넓혀가면서, 이전에 볼 수 없던 정확도와 규모로 긴 사슬 DNA를 합성할 수 있는 근본적으로 다른 접근법을 개발 중이다. 이 바이오테크 스타트업은 빠르게 성장하고 있는 합성 생물학 분야의 발전을 촉진하고 백신 같은 합성 생물학 솔루션 개발의 품질, 속도, 비용을 향상시킴으로써 전세계 인류의 건강증진에 기여한다는 목표를 세웠다.

기술 개발을 가속화하고 첨단 플랫폼을 상용화하기 위해, 에보네틱스는 이 분야에 대한 깊이 있는 이해와 바이오센서 솔루션, MEMS 프로세싱, 반도체 미세제조에 관한 전문성을 갖춘 파트너를 필요로 했다. 에보네틱스는 이러한 비전을 실현하고 전세계 모든 연구자들이 DNA 합성에 좀더 쉽게 다가갈 수 있도록 하기 위해서 아나로그디바이스(ADI)와 ADI의 혁신 센터인 아나로그 가라지(Analog Garage)를 파트너로 선택했다.

한 눈에 보기

회사 소개

에보네틱스는 영국 케임브리지에 위치한 바이오테크 스타트업이자 합성 생물학 회사로서, 확장성 있고 충실도가 높으면서 신속한 유전자 합성을 위한 데스크톱 플랫폼을 개발한다

애플리케이션

소중한 생명을 구하는 신약의 발견 및 개발, 치료 목적의 분자 설계와 합성, 정밀의약 및 진단

과제

경제성 있는 플러그 앤 플레이 데스크톱 DNA 라이터(writer) 플랫폼의 개발 가속화, 확장 및 상용화

목표

전세계 연구 과학자들이 긴 사슬 DNA를 빠르게 합성할 수 있도록 함으로써 인류의 건강 증진에 기여한다.

현행 DNA 합성

지난 30년 동안 DNA 합성은 각각의 DNA 가닥을 개별적으로 생성하고 이것들을 결합해서 두 가닥의 긴 DNA를 만드는 방식으로 이루어져 왔다. 이 같은 현행 기법은 속도가 느리고 임의적인 오류를 포함하고 있어, 허용 가능한 수준의 품질을 달성하기 위해서는 추가적인 분석과 시퀀싱이 필요해 시간이 더 든다. 그 결과, 신약의 신속한 개발과 이를 통한 의료 기술의 발전을 저해할 수 있다.

에보네틱스의 바이오합성

에보네틱스가 제안하는 독창적인 접근법은 물리학과 생물학을 결합하여 실리콘 칩 표면 상의 개별적으로 제어 가능한 수천 개의 초소형 반응 사이트들에서 DNA 합성을 제어할 수 있는 플랫폼을 개발하는 것이다.

합성 후에는 혁신적인 프로세스를 사용해서 오류를 식별하고 제거함으로써 현행 기법보다 수십배 더 높은 정확도를 제공한다. 합성 DNA 기술은 개인 맞춤형 치료제 개발의 결정적인 시작점을 제공한다. 세포 치료, 특정 종양 암 백신, 핵산 기반 백신 같은 것들을 개별 환자의 필요에 맞게 맞춤화할 수 있는 것이다. 합성 DNA 기술은 세포 치료, 특정 종양 암 백신, 핵산 기반 백신을 의료 전문가의 손에 쥐어 줌으로써 개별 환자와 그들의 필요에 부합하는 개인 맞춤형 치료제 개발의 결정적 출발점을 제공한다.

목표 달성을 위한 협력

ADI는 새로운 기술을 발굴하고 새로운 역량을 구축하며 새로운 사업 기회를 창출하기 위해 바이오테크 스타트업들을 눈여겨보다가 에보네틱스를 알게 되었다. ADI의 바이오센서 솔루션 전문성, 진보한 MEMS 프로세싱, 독창적인 반도체 미세제조 역량은 에보네틱스가 신속한 바이오합성이라고 하는 비전을 실현하기 위해서 필요로 하는 세 가지 핵심 요소들이다. 이 세 가지 기술은 신약 개발 속도를 가속화하는 데 도움이 된다.

2019년 1월에 에보네틱스는 ADI의 사내 인큐베이터이자 혁신 센터인 아나로그 가라지와 협력하기 시작했다. 이 협력은 에보네틱스의 데스크톱 DNA 라이터 개발을 가속화하고 상용화와 첫 번째 제품 출시까지의 기간을 앞당길 것이다.

아나로그디바이스의 패트릭 오도허티(Patrick O’Doherty) 디지털 헬스케어 선임 부사장(SVP)은 “에보네틱스와 협력은 ADI가 빠르게 성장하는 합성 생물학 시장에 진출할 수 있는 기회를 제공한다”고 말했다.

아나로그 가라지: ADI의 혁신 센터

패트릭 오더허티 선임 부사장은 “아나로그 가라지에는 주요 연구 대학과 전문적인 기술 스타트업들의 엔지니어, 데이터 과학자, 하드웨어 및 소프트웨어 전문가들이 한데 모여 있다”며, “이들 중 대다수의 인력은 신호 처리, 머신 러닝, 소재 공학 같은 반도체 회사에서는 통상적이지 않은 분야의 박사학위(Ph.D.) 소지자들이다. 이들은 바삐 움직이는 스타트업 분위기 속에서 새로운 솔루션과 혁신 기술을 개발하기 위해 노력하고 있다”고 말했다.

아나로그 가라지의 팻 코우디(Pat Coady) 총괄 매니저는 “아나로그 가라지의 연구개발팀은 고객의 가장 까다로운 과제를 해결하기 위해 과학, 알고리즘, 데이터, 그리고 자신들의 창의성이 결합된 솔루션을 제공하고 있다. 우리는 뛰어난 인재들과 혁신적인 기업들이 세상을 바꿀 솔루션을 개발하는 데 동참하기를 항상 바라고 있다”고 말했다.

에보네틱스는 현재 ADI의 테스트 칩 센서 구조를 사용해서 테스트를 실시하면서, 반도체 디바이스 상에서 생물학적 프로세스를 인터페이스하고 제어하는 것과 관련한 전문성을 쌓고 있다. 이를 바탕으로 DNA 처리 칩 개발을 지속해 나갈 것이다. 최종적인 칩은 아직 개발되지 않았으나, ADI가 데스크톱 DNA 라이터용 디바이스의 상용화에 필요한 제조 및 관리할 것이며, 개발 단계가 완료되는 대로 센서 칩 생산에 착수할 계획이다.

패트릭 오도허티(Patrick O’Doherty)
아나로그디바이스, 디지털 헬스케어 선임 부사장

“양사 협력의 목표는 유전자 조립의 속도를 높이고 비용은 낮춤으로써, 경제성 있는 치료제를 생산하고 전세계의 다양한 질병들을 치료하는 데 활용될 수 있는 새로운 접근법을 제공하는 것이다.”

매튜 헤이스 Matthew Hayes) 박사
에보네틱스 최고 기술 책임자(CTO)

“ 아나로그 가라지 R&D 팀의 지원과 전문성은 우리가 복잡한 제어 ASIC을 설계하는 데 큰 힘이 되었으며, 우리는 이렇게 개발된 플랫폼의 상용화를 위해 아나로그 가라지와의 파트너십을 더욱 확대할 수 있기를 고대한다.”

에보네틱스의 플러그 앤 플레이
데스크톱 장비

에보네틱스의 DNA 라이터는 구입과 사용이 용이한 플러그 앤 플레이 데스크톱 장비가 될 것이다. 이 제품은 고도의 병렬 합성이 가능하고 매우 복잡하게 설계된 일회용 전용 카트리지를 통해 다양한 기능과 애플리케이션을 지원할 것이다.

에보네틱스는 실험실 사용자들에게 반도체 합성 DNA를 출하할 수 있는 단계로 빠르게 다가가고 있다. 그 후에는 유전자 조립의 속도를 높이고, 효율과 정확도를 향상하며, 비용을 낮추기 위한 ADI와 에보네틱스의 협력이 계속될 것이다.

“우리가 일정 규모로 DNA를 정확하게 합성할 수 있는 고도로 병렬적인 데스크톱 플랫폼을 개발하는 데 있어서 ADI와의 협력은 큰 힘이 되고 있다.”

매튜 헤이스 Matthew Hayes) 박사, 에보네틱스 최고 기술 책임자(CTO)

인류의 건강 증진에 기여

팬데믹 극복

전 세계적으로 코로나 팬데믹과 싸우기 위해서 DNA 코드를 읽고 쓰는 능력을 활용한 연구가 중요해졌다. 지난 15년 동안 DNA를 읽는 기술(시퀀싱)은 DNA를 쓰는 기술(합성)보다 훨씬 빠른 속도로 발전해 왔다. 그럼으로써 팬데믹의 원인을 빠르게 식별하고 이해할 수 있게 되었다.

하지만 DNA 쓰기를 위한 시스템은 여전히 개발된 지 30년도 넘은 오래된 기술에 의존하고 있다. 이 때문에 이번 팬데믹이나 혹시 있을 다음 번 팬데믹과 싸우기 위해 서 새로운 백신을 설계하고 제조하고 테스트하는 데 많은 시간이 걸리고 있다. 에보네틱스의 빠르고 고도로 병렬적인 유전자 합성 플랫폼은 DNA를 준비하는데 걸리는 시간을 종전의 1/10 수준으로 단축할 수 있으므로 미래에 보다 빠르고 효과적으로 대처할 수 있게 해준다.

이번 팬데믹과의 싸움은 에보네틱스의 혁신적인 데스크톱 플랫폼을 상용화하는 것이 얼마나 시급한 일인지 확인시켜 줬다. 유전자 합성에 있어서 에보네틱스의 혁신적인 접근법은 다음 번 팬데믹 또 그 다음 번 팬데믹과 싸우는 데 중요한 역할을 할 것이다. 이 기술은 장래에 엄청난 가능성을 품고 있으며, 전세계의 과학자들이 생명을 구하는 약물과 백신을 빠르고, 정확하고, 비용 효과적으로 개발할 수 있게 할 것이다

다양한 분야에 응용 가능

DNA 합성은 경제성 있는 신약 개발과 질병 치료를 위해서 전혀 새로운 접근법을 제시한다. 합성 생물학을 응용할 수 있는 분야는 제약, 바이오연료, 산업용 바이오테크, 특수 화학, 재생 에너지, 농업, 소재 공학에 이르기까지 다양하다. 이는 우리가 석유에 대한 의존도를 낮추고, 감염병의 확산을 막고, 이 세상의 기아 문제를 해결하는 데 기여할 것이다.

빠르고 정확한 유전자 합성은 과학자들이 이전에는 불가능했던 방식으로 생물학을 활용할 수 있게 해 줄 것이다. 에보네틱스와 ADI의 협력을 통해 탄생한 기술은 인류가 당면한 과제들을 해결하고 더 살기 좋고 안전하며 건강한 세상을 만들기 위한 토대를 마련할 것이다.