식물생명공학산업의 현황과 전망

식물생명공학산업의 현황과 전망식물생명공학산업의 현황과 전망식물생명공학산업의 현황과 전망식물생명공학산업의 현황과 전망

고려대학교 생명공학원고려대학교 생명공학원

식물분자유전학연구실식물분자유전학연구실

신 정 섭신 정 섭

고려대학교 생명공학원고려대학교 생명공학원

식물분자유전학연구실식물분자유전학연구실

신 정 섭신 정 섭

식물과 관련된 산업식물과 관련된 산업식물과 관련된 산업식물과 관련된 산업

1.1. 종묘 산업 종묘 산업 (( 교배육종 및 판매교배육종 및 판매 ))

2.2. 비료 및 농약 산업 비료 및 농약 산업 (( 수입수입 , , 개발 및 판매개발 및 판매 ))

3.3. 유전자 조작을 이용한 신품종 육성유전자 조작을 이용한 신품종 육성

4.4. 식물 유용 추출물 개발식물 유용 추출물 개발

5.5. Molecular Farming (Molecular Farming ( 재 조 합 단 백 질 재 조 합 단 백 질 생산생산 ))

6.6. 식품가공산업식품가공산업

1.1. 종묘 산업 종묘 산업 (( 교배육종 및 판매교배육종 및 판매 ))

2.2. 비료 및 농약 산업 비료 및 농약 산업 (( 수입수입 , , 개발 및 판매개발 및 판매 ))

3.3. 유전자 조작을 이용한 신품종 육성유전자 조작을 이용한 신품종 육성

4.4. 식물 유용 추출물 개발식물 유용 추출물 개발

5.5. Molecular Farming (Molecular Farming ( 재 조 합 단 백 질 재 조 합 단 백 질 생산생산 ))

6.6. 식품가공산업식품가공산업

1. 1. 유전자 조작을 이용한 신품종 육성유전자 조작을 이용한 신품종 육성1. 1. 유전자 조작을 이용한 신품종 육성유전자 조작을 이용한 신품종 육성

①① 유용 유전자의 발굴 유용 유전자의 발굴 (Genomics, proteomics)(Genomics, proteomics)

②② 선발된 유전자의 선발된 유전자의 cloningcloning 과 조작 과 조작

③③ 식물체 형질전환 및 재분화 식물체 형질전환 및 재분화 (particle gun, PEG, ele(particle gun, PEG, electroporation, Agrobacterium)ctroporation, Agrobacterium)

④④ 형질전환된 식물체의 유전자 도입 및 발현 확인 형질전환된 식물체의 유전자 도입 및 발현 확인 (P(PCR, Southern, Northern)CR, Southern, Northern)

⑤⑤ 개발된 식물체의 특성확인 및 순수계통 정립개발된 식물체의 특성확인 및 순수계통 정립

①① 유용 유전자의 발굴 유용 유전자의 발굴 (Genomics, proteomics)(Genomics, proteomics)




⑤⑤ 개발된 식물체의 특성확인 및 순수계통 정립개발된 식물체의 특성확인 및 순수계통 정립

(1) DNA Microarray(1) DNA Microarray(1) DNA Microarray(1) DNA Microarray

(2) DNA Microarray(2) DNA Microarray(2) DNA Microarray(2) DNA Microarray

(3) Proteomics(3) Proteomics(3) Proteomics(3) Proteomics

Amersham Pharmacia-Korea

pMBP -113000 bps

HindIII

SacIKpnI

RB

35 S promoter

NptII

Nos Terminator

35 S Promoter

NosTerminator

LB

Km R

KpnI

BamHI

KpnI /BamHI KpnI /BamHI

Ligation

pMBPI -Gene13600 bp

HindIII

SacI

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RB35 S promoter

NptII

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LB

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LB

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(4) (4) 식물형질전환용 벡터에 유전자 도입식물형질전환용 벡터에 유전자 도입(4) (4) 식물형질전환용 벡터에 유전자 도입식물형질전환용 벡터에 유전자 도입

1kb 1 2 4 5 pMBP1 1kb 6

500 bp

250 bp

750 bp

1kb 1 2 4 5 pMBP1 1kb 6

500 bp

250 bp

750 bp

500 bp

250 bp

750 bp

(5) (5) 도입된 유전자의 확인 도입된 유전자의 확인 - DNA- DNA(5) (5) 도입된 유전자의 확인 도입된 유전자의 확인 - DNA- DNA

(6) (6) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 담배담배(6) (6) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 담배담배

(7) (7) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 박과박과(7) (7) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 박과박과

(8) (8) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 수박수박(8) (8) 형질전환체의 재분화 과정 형질전환체의 재분화 과정 - - 수박수박

(9) GenBank/(9) GenBank/ 세계 유전정보 축적 현황세계 유전정보 축적 현황(9) GenBank/(9) GenBank/ 세계 유전정보 축적 현황세계 유전정보 축적 현황

(10) (10) 세계 유전체 연구동향세계 유전체 연구동향(10) (10) 세계 유전체 연구동향세계 유전체 연구동향

OrganismOrganism Species Total Size (Mb) Species Total Size (Mb) YearYear

C. elegansC. elegans 87.6 87.6 Microbial organismMicrobial organism 24 + 24 + 60.0 60.0 Completed CompletedVirusVirus 359 + 359 + 7.87.8ArabidopsisArabidopsis 125125 20002000RiceRice 420 420 20022002HumanHuman 3,000 3,000 20002000

Corn1204(33%)

Canola665(21%)Potato

362(11%)

Melon92(3%)

Cotton224(7%)

Soybean278(9%)

Tobacco161(5%)

Tomato353(11%)

(11) (11) 선진국의 형질전환 식물 포장시험 사례선진국의 형질전환 식물 포장시험 사례(11) (11) 선진국의 형질전환 식물 포장시험 사례선진국의 형질전환 식물 포장시험 사례

Others555(13%)

Viral Resistant466(11%)

Insect Resistant738(18%)

Product Quality806(20%)

Fungal Resistant109(3%)

Herbicide Tolerant1450(35%)

(12) (12) 식물 형질전환 유전자 사용 예시식물 형질전환 유전자 사용 예시(12) (12) 식물 형질전환 유전자 사용 예시식물 형질전환 유전자 사용 예시

회 사회 사 품 종품 종 우 량 형 질우 량 형 질 도입유전자도입유전자

CalgeneCalgene 사사 유 채유 채 우수 지방산 우수 지방산 (laurate, (laurate, stearate) stearate) 함유량 증대함유량 증대 Protein thioesteraseProtein thioesterase

버클리대학교버클리대학교 토마토토마토 단맛 월등히 증대단맛 월등히 증대 Monellin Monellin 유전자유전자

MonsantoMonsanto사사 감 자감 자 전분함량 증대 및 전분함량 증대 및

수분함량 감소수분함량 감소 전분생성 관련 유전자전분생성 관련 유전자

MonsantoMonsanto사사 콩콩 제초제 저항성제초제 저항성 제초제 저항성 유전자제초제 저항성 유전자

MycogenMycogen 사사 여러 작물여러 작물 살충효과살충효과 BT toxin BT toxin 유전자유전자

(13) (13) 형질전환 식물의 산업화 성공 사례형질전환 식물의 산업화 성공 사례(13) (13) 형질전환 식물의 산업화 성공 사례형질전환 식물의 산업화 성공 사례

2. 2. 식물 유용 추출물 개발 식물 유용 추출물 개발 - - 이차대사산물이차대사산물2. 2. 식물 유용 추출물 개발 식물 유용 추출물 개발 - - 이차대사산물이차대사산물

①① 유용 작물의 선택유용 작물의 선택

②② 신물질의 분리 신물질의 분리 (( 물물 , , 알코올알코올 , , 아세톤 등 각종 유기용매 아세톤 등 각종 유기용매 이용이용 ) )

③③ 추출물의 활성 검정 추출물의 활성 검정 (( 세포실험세포실험 , , 동물실험동물실험 , , 임상실험임상실험 ) )

④④ 추출물의 대량생산 및 제품화추출물의 대량생산 및 제품화

①① 유용 작물의 선택유용 작물의 선택

②② 신물질의 분리 신물질의 분리 (( 물물 , , 알코올알코올 , , 아세톤 등 각종 유기용매 아세톤 등 각종 유기용매 이용이용 ) )

③③ 추출물의 활성 검정 추출물의 활성 검정 (( 세포실험세포실험 , , 동물실험동물실험 , , 임상실험임상실험 ) )

④④ 추출물의 대량생산 및 제품화추출물의 대량생산 및 제품화

전전전분분분작작작물물물 (((澱澱澱粉粉粉作作作物物物,,, ssstttaaarrrccchhh cccrrrooopppsss)))

옥옥옥수수수수수수,,, 고고고구구구마마마,,, 감감감자자자

유유유료료료작작작물물물 (((油油油料料料作作作物物物,,, oooiiilll cccrrroooppp)))

참참참깨깨깨,,, 들들들깨깨깨,,, 피피피마마마자자자(((아아아주주주까까까리리리))),,, 유유유채채채(((평평평지지지))),,, 해해해바바바라라라기기기,,, 콩콩콩,,, 땅땅땅콩콩콩,,, 목목목화화화,,, 아아아마마마

섬섬섬유유유작작작물물물 (((纖纖纖維維維作作作物物物,,, fffiiibbbeeerrr cccrrrooopppsss)))

목목목화화화,,, 삼삼삼,,, 모모모시시시풀풀풀,,, 아아아마마마,,, 어어어저저저귀귀귀,,, 왕왕왕골골골,,, 수수수세세세미미미외외외,,, 닥닥닥나나나무무무,,, 고고고리리리버버버들들들,,, 케케케나나나프프프

기기기호호호작작작물물물 (((嗜嗜嗜好好好作作作物物物,,, ssstttiiimmmuuulllaaannntttsss)))

차차차,,, 담담담배배배

약약약료료료작작작물물물*** (((藥藥藥料料料作作作物物物,,, mmmeeedddiiicccaaalll ppplllaaannntttsss)))

제제제충충충국국국,,, 박박박하하하,,, 호호호프프프

당당당료료료작작작물물물 (((糖糖糖料料料作作作物物物,,, sssuuugggaaarrr ppplllaaannntttsss)))

사사사탕탕탕무무무우우우,,, 단단단수수수수수수,,, 스스스테테테비비비아아아,,, 사사사탕탕탕수수수수수수

(1)(1)공예작물 공예작물 (industrial crops)(industrial crops)(1)(1)공예작물 공예작물 (industrial crops)(industrial crops)

한국식물대보감 (송주택외)

한국의 자원식물 (김태정, 서울대)

원색한국식물도감 (이영노, 교학사)

대한식물도감 (이창복, 향문사)

193科 5376種 173科 2372種 168科 3637種 190科 3162種 429 종 국화과 211 종 국화과 311 종 국화과 261 종 국화과

360 종 장미과 176 종 장미과 257 종 화본과 211 종 사초과

353 종 화본과 108 종 백합과 237 종 장미과 196 종 벼과

227 종 고사리과 107 종 콩과 197 종 사초과 152 종 장미과

225 종 사초과 98 종 미나리아재비과 166 종 콩과 128 종 콩과

224 종 콩과 70 종 벼과 147 종 미나리아재비과 112 종 미나리아재비과

202 종 미나리아재비과 64 종 꿀풀과 140 종 백합과 108 종 백합과

166 종 백합과 54 종 인동과 102 종 꿀풀과 106 종 면마과

124 종 현삼과 53 종 여뀌과 92 종 난초과 78 종 난초과

124 종 여뀌과 53 종 사초과 88 종 현삼과 73 종 현삼과

119 종 꿀풀과 51 종 현삼과 77 종 산형과 70 종 꿀풀과

* 우리나라 자원식물도감 네가지를 비교하면 , 수록된 초종수는 다르나 과별 초종수의 분포는 비슷한 경향

(2) (2) 우리나라 자원식물의 과별 분포우리나라 자원식물의 과별 분포(2) (2) 우리나라 자원식물의 과별 분포우리나라 자원식물의 과별 분포

①① 구기자구기자 , , 잇꽃잇꽃 *, *, 형개형개 *, *, 황금황금 *, *, 천마천마 *, *, 땃두릅땃두릅 *, *, 두충나무두충나무 , , 마마 *, *,

적하수오적하수오 *, *, 쥐오줌풀쥐오줌풀 *, *, 오미자오미자 , , 모란모란 , , 작약작약 *, *, 패모패모 *, *, 맥문동맥문동 *, *, 쇠무릎쇠무릎

*, *, 향부자향부자 *, *, 구릿대구릿대 *, *, 당귀당귀 *, *, 갯기름나물갯기름나물 *, *, 고본고본 *, *, 천궁천궁 *, *, 강활강활 *, *, 시호시호

*, *, 지모지모 *, *, 반하반하 *, *, 석창포석창포 *, *, 만삼만삼 *, *, 도라지도라지 *, *, 더덕더덕 *, *, 산수유나무산수유나무 , , 황기황기

*, *, 결명자결명자 *, *, 택사택사 *, *, 지황지황 *, *, 율무율무 * * (*(* 표시를 한 표시를 한 3131 종은 초본식물종은 초본식물 ))

②② 안덕균안덕균 (1998)(1998) 은 은 한국본초도감에 한국본초도감에 1,003 1,003 種類의 한약명에 種類의 한약명에 168168 科科 1,4201,420 種種

의 식물을 수록의 식물을 수록하였으며하였으며 , , 대부분의 藥用植物이 草本植物대부분의 藥用植物이 草本植物

③③ 19991999년 북한에서 발간된 년 북한에서 발간된 ""조선약용식물지 조선약용식물지 I, II, III(I, II, III(임록재임록재 , , 평양농업출판평양농업출판

사사 )")"에는 에는 180180 과 과 847847 종이 수록되었으며종이 수록되었으며 , , 대부분의 藥用植物이 草本植物대부분의 藥用植物이 草本植物

④④ 같은 초종이라도 수집지나 수집시기에 따라 각 성분의 함량이 달라질 수 있음같은 초종이라도 수집지나 수집시기에 따라 각 성분의 함량이 달라질 수 있음 . .

예를 들어 예를 들어 Agastache rugosa Agastache rugosa (( 배초향 배초향 : : 방아잎 방아잎 · · 방애잎 방애잎 · · 방아풀 방아풀 · · 곽향곽향 )) 는 는

생육지에 따라 형태적인 차이가 많고생육지에 따라 형태적인 차이가 많고 , , 개화기도 다름개화기도 다름 ..

①① 구기자구기자 , , 잇꽃잇꽃 *, *, 형개형개 *, *, 황금황금 *, *, 천마천마 *, *, 땃두릅땃두릅 *, *, 두충나무두충나무 , , 마마 *, *,

적하수오적하수오 *, *, 쥐오줌풀쥐오줌풀 *, *, 오미자오미자 , , 모란모란 , , 작약작약 *, *, 패모패모 *, *, 맥문동맥문동 *, *, 쇠무릎쇠무릎

*, *, 향부자향부자 *, *, 구릿대구릿대 *, *, 당귀당귀 *, *, 갯기름나물갯기름나물 *, *, 고본고본 *, *, 천궁천궁 *, *, 강활강활 *, *, 시호시호

*, *, 지모지모 *, *, 반하반하 *, *, 석창포석창포 *, *, 만삼만삼 *, *, 도라지도라지 *, *, 더덕더덕 *, *, 산수유나무산수유나무 , , 황기황기

*, *, 결명자결명자 *, *, 택사택사 *, *, 지황지황 *, *, 율무율무 * * (*(* 표시를 한 표시를 한 3131 종은 초본식물종은 초본식물 ))

②② 안덕균안덕균 (1998)(1998) 은 은 한국본초도감에 한국본초도감에 1,003 1,003 種類의 한약명에 種類의 한약명에 168168 科科 1,4201,420 種種

의 식물을 수록의 식물을 수록하였으며하였으며 , , 대부분의 藥用植物이 草本植物대부분의 藥用植物이 草本植物

③③ 19991999년 북한에서 발간된 년 북한에서 발간된 ""조선약용식물지 조선약용식물지 I, II, III(I, II, III(임록재임록재 , , 평양농업출판평양농업출판

사사 )")"에는 에는 180180 과 과 847847 종이 수록되었으며종이 수록되었으며 , , 대부분의 藥用植物이 草本植物대부분의 藥用植物이 草本植物

④④ 같은 초종이라도 수집지나 수집시기에 따라 각 성분의 함량이 달라질 수 있음같은 초종이라도 수집지나 수집시기에 따라 각 성분의 함량이 달라질 수 있음 . .

예를 들어 예를 들어 Agastache rugosa Agastache rugosa (( 배초향 배초향 : : 방아잎 방아잎 · · 방애잎 방애잎 · · 방아풀 방아풀 · · 곽향곽향 )) 는 는

생육지에 따라 형태적인 차이가 많고생육지에 따라 형태적인 차이가 많고 , , 개화기도 다름개화기도 다름 ..

(3) (3) 藥用作物藥用作物 2323 科科 3636種種

(3) (3) 藥用作物藥用作物 2323 科科 3636種種

Botanical ProductsBotanical Products 의 시장 거대화의 시장 거대화 :: Botanical Medicines, Desi Botanical Medicines, Designer Foods, Dietary Supplements · · ·gner Foods, Dietary Supplements · · ·

PhytochemicalsPhytochemicals 의 무한잠재성의 무한잠재성 :: Lead Compounds Lead Compounds 의 기반 및 의 기반 및 자원 보고자원 보고

의약과 식품 분야의 접목영역의약과 식품 분야의 접목영역 :: Foodcology, Nutraceuticals, Fo Foodcology, Nutraceuticals, Foodceutical Industry · · ·odceutical Industry · · ·

선진각국의 제도정비선진각국의 제도정비 :: Alternative Medicines ( Alternative Medicines ( 미국 미국 NIH), NIH), 특정보건용식품 특정보건용식품 ((일본 후생성일본 후생성 ))

Botanical ProductsBotanical Products 의 시장 거대화의 시장 거대화 :: Botanical Medicines, Desi Botanical Medicines, Designer Foods, Dietary Supplements · · ·gner Foods, Dietary Supplements · · ·

PhytochemicalsPhytochemicals 의 무한잠재성의 무한잠재성 :: Lead Compounds Lead Compounds 의 기반 및 의 기반 및 자원 보고자원 보고

의약과 식품 분야의 접목영역의약과 식품 분야의 접목영역 :: Foodcology, Nutraceuticals, Fo Foodcology, Nutraceuticals, Foodceutical Industry · · ·odceutical Industry · · ·

선진각국의 제도정비선진각국의 제도정비 :: Alternative Medicines ( Alternative Medicines ( 미국 미국 NIH), NIH), 특정보건용식품 특정보건용식품 ((일본 후생성일본 후생성 ))

(4) (4) 신물질 개발 동향신물질 개발 동향(4) (4) 신물질 개발 동향신물질 개발 동향

이차대사산물이차대사산물 용 도용 도 회 사회 사

ShikoninShikonin** 바이오 립스틱바이오 립스틱 MitsuiMitsui

SaponinSaponin** 강장제강장제 , , 음료음료 Meiji, Nitto Meiji, Nitto DenkoDenko

Plasmin inhibitorPlasmin inhibitory proteiny protein 심장질환치료제심장질환치료제 Kyoea HakkoKyoea Hakko

Plant virus Plant virus inhibitorinhibitor 해충 바이러스 퇴치해충 바이러스 퇴치 Kyowa HakkoKyowa Hakko

TaxolTaxol** 항암제항암제 삼양제넥스삼양제넥스

Vanilla flavourVanilla flavour 식품첨가제식품첨가제 EscageneticsEscagenetics

(5) (5) 이차대사산물 대량생산의 산업화 성공 사례이차대사산물 대량생산의 산업화 성공 사례(5) (5) 이차대사산물 대량생산의 산업화 성공 사례이차대사산물 대량생산의 산업화 성공 사례

3. Molecular Farming – 3. Molecular Farming – 재조합 단백질 생산재조합 단백질 생산3. Molecular Farming – 3. Molecular Farming – 재조합 단백질 생산재조합 단백질 생산

①① 동물 및 인체 치료 및 진단용 단백질 유전자 선별동물 및 인체 치료 및 진단용 단백질 유전자 선별




⑤⑤ 단백질의 분리 및 활성 확인단백질의 분리 및 활성 확인

⑥⑥ 대량생산체계 확립대량생산체계 확립

①① 동물 및 인체 치료 및 진단용 단백질 유전자 선별동물 및 인체 치료 및 진단용 단백질 유전자 선별




⑤⑤ 단백질의 분리 및 활성 확인단백질의 분리 및 활성 확인

⑥⑥ 대량생산체계 확립대량생산체계 확립

(1) (1) 바이오산업의 범위바이오산업의 범위(1) (1) 바이오산업의 범위바이오산업의 범위

분야분야 범위범위

바이오의약바이오의약 호르몬호르몬 , , 혈액제제혈액제제 , , 항암제항암제 , , 항생제항생제 , , 성장인자성장인자 , , 면역제면역제 , , 신경전달물질신경전달물질 , , 백신백신 , , 진단시약진단시약 , , 유전자요법유전자요법 , , 인공장기 등인공장기 등

생화학생화학생분해성 고분자생분해성 고분자 , , 아미노산아미노산 , , 유기산유기산 , , 기능성 다당류기능성 다당류 , , 공업용 효소공업용 효소 , , 향료향료 , , 색소색소 , , 계면활성제계면활성제 , , 범용화학물질범용화학물질 , , 생체재료 등생체재료 등

바이오환경바이오환경 환경정화용 미생물제 및 공정환경정화용 미생물제 및 공정 , , 대기탈황대기탈황 , , 탈취제탈취제 , , 응집제 응집제 등등

바이오식품바이오식품저칼로리형 대체감미료저칼로리형 대체감미료 , , 기능성 지질기능성 지질 , , 식품첨가물식품첨가물 , , 천연식품소재천연식품소재 , , 기능성 식품소재기능성 식품소재 , , 발효식품발효식품 , , 식품용 효소 식품용 효소 등등

바이오에너지 및 자원바이오에너지 및 자원 연료용 에탄올연료용 에탄올 , , 메탄발효메탄발효 , , 이산화탄소 고정화이산화탄소 고정화 , , 광합성 등광합성 등

바이오농업 및 해양바이오농업 및 해양 인공종자 및 우량묘목인공종자 및 우량묘목 , , 형질전환 동식물형질전환 동식물 , , 미생물농약미생물농약 , , 해양생물자원 등해양생물자원 등

(2) (2) 세계 생물산업의 시장동향세계 생물산업의 시장동향(2) (2) 세계 생물산업의 시장동향세계 생물산업의 시장동향

연도연도 19901990 19921992 19951995 19961996 19971997

시장규모시장규모 4444 100100 238238 266266 313313

( 단위 : 억달러 )

(3) (3) 세계 생물산업의 시장전망세계 생물산업의 시장전망(3) (3) 세계 생물산업의 시장전망세계 생물산업의 시장전망

연도연도 19971997 20002000 20032003 20082008 20132013

시장규모시장규모 313313 540540 740740 1,2501,250 2,1002,100

( 단위 : 억달러 )

항암제 인터페론은 항암제 인터페론은 1g1g 당 가격이 당 가격이 5,0005,000달러로달러로 , , 금의 금의 357357 배배 , , 반도체반도체 (256M DRA(256M DRAM)M) 의의 1414 배이며배이며 , , 부가가치비중도 부가가치비중도 60%60% 로 매우 높은 제품로 매우 높은 제품 .. 특히특히 , , 최근 매출규모가 크게 늘어난 최근 매출규모가 크게 늘어난 빈혈치료제 빈혈치료제 Erythropoietin(EPO)Erythropoietin(EPO) 은 은 1g1g 당 당 6767 만 만 달러달러 , , 항암보조제 항암보조제 G-CSFG-CSF는 는 1g1g 당 당 5454 만 달러의 고부가가치제품만 달러의 고부가가치제품 ..

항암제 인터페론은 항암제 인터페론은 1g1g 당 가격이 당 가격이 5,0005,000달러로달러로 , , 금의 금의 357357 배배 , , 반도체반도체 (256M DRA(256M DRAM)M) 의의 1414 배이며배이며 , , 부가가치비중도 부가가치비중도 60%60% 로 매우 높은 제품로 매우 높은 제품 .. 특히특히 , , 최근 매출규모가 크게 늘어난 최근 매출규모가 크게 늘어난 빈혈치료제 빈혈치료제 Erythropoietin(EPO)Erythropoietin(EPO) 은 은 1g1g 당 당 6767 만 만 달러달러 , , 항암보조제 항암보조제 G-CSFG-CSF는 는 1g1g 당 당 5454 만 달러의 고부가가치제품만 달러의 고부가가치제품 ..

(4) (4) 부문별 생물산업의 국내시장 전망부문별 생물산업의 국내시장 전망(4) (4) 부문별 생물산업의 국내시장 전망부문별 생물산업의 국내시장 전망

19981998 20002000 20032003 20052005 20102010연평균증가율 연평균증가율

(1999-(1999-2010)2010)

생물의약생물의약 2,8662,866(56.4)(56.4)

6,0506,050 13,7513,7500 22,70022,700

60,60060,600(50.0)(50.0)

25.125.1

생물농업생물농업 433433(8.5)(8.5)

946946 2,1502,150 4,4494,44911,87811,878(9.8)(9.8)

25.825.8

생물식품생물식품 365365(7.1)(7.1)

891891 2,0252,025 4,2224,22211,27211,272(9.3)(9.3)

26.326.3

생물화학생물화학 469469(9.2) (9.2)

1,1111,111 2,5252,525 5,0855,08513,57413,574(11.2)(11.2)

22.822.8

생물환경생물환경 318318(6.2)(6.2)

715715 1,6251,625 3,2693,2698,7268,726(7.2)(7.2)

29.129.1

생물공정생물공정 634634(12.5) (12.5)

1,2871,287 2,9252,925 5,6755,67515,15015,150(12.5)(12.5)

24.524.5

계계 5,0855,085(100.0)(100.0)

11,0011,0000

25,0025,0000 45,40045,400

121,200121,200(100.0)(100.0)

25.325.3

(( 단위단위 : : 억원억원 , , %)%)

(5) (5) 생물산업 관련 기술간의 차이점생물산업 관련 기술간의 차이점(5) (5) 생물산업 관련 기술간의 차이점생물산업 관련 기술간의 차이점

미생물배양미생물배양 동물세포배양동물세포배양 식물세포배양식물세포배양 식물체이용생산식물체이용생산

성장속도성장속도 빠름빠름 느림느림 느림느림 느림느림

생산가능 생산가능 단백질의 종류단백질의 종류 제한됨제한됨 다양함다양함 다양함다양함 다양함다양함

상대적 생산비용상대적 생산비용 높음높음 높음높음 낮음낮음 낮음낮음

안정성안정성 낮음낮음 낮음낮음 높음높음 높음높음

활성활성 낮음낮음 높음높음 높음높음 높음높음

분리정제 요구분리정제 요구 필요필요 필요필요 필요필요 필요 필요 XX

장점장점 빠른 성장빠른 성장 높은 활성높은 활성 높은 활성높은 활성높은 안전성높은 안전성

비용 절감 효과비용 절감 효과높은 안전성높은 안전성

구분 현재 시장규모 (2001) 예상 시장규모 (2005)

세계 시장규모 360 억$ 529억$

한국 시장규모 6,905 억원 20,362 억원

구분 2001년 2005년 2006년 2007년

세계 시장 (억$) 25 129 194 292

국내 시장 (억원) 200 531 678 865

구분 2001년 2005년 2006년 2007년

세계 시장 (억$) 150 253 281 311

국내 시장 (억원) 3,000 7,465 8,958 10,750

(6) (6) 시장현황 및 산업화 전망시장현황 및 산업화 전망(6) (6) 시장현황 및 산업화 전망시장현황 및 산업화 전망

<바이오의약품 시장 >

<당뇨성궤양치료제 (EGF)>

< 관절염치료제 (TGF)>

재조합단백질재조합단백질 분자량 분자량 (kD/(kD/subunit)subunit) 기원기원 숙주숙주

AvidinAvidin**

ChymosinChymosinEnkephalinEnkephalinErythropoietinErythropoietinGlucoamylaseGlucoamylaseß-Glucuronidaseß-Glucuronidase**

Growth hormoneGrowth hormoneHepatitis B surfacHepatitis B surface antigene antigenHirudinHirudinAntibodyAntibodyß-Interferonß-InterferonPhytasePhytaseSerum albuminSerum albumin

151530300.50.537377474686821212424

111145452020808066.566.5

ChickenChickenCalfCalfHumanHumanHumanHumanAspergilus nigerAspergilus nigerEschericha coliEschericha coliTroutTroutHepatitis B virusHepatitis B virus

Hirudo medicinalisHirudo medicinalisMouseMouseHumanHumanAspergilus nigerAspergilus nigerHumanHuman

CornCornTobacco, potatoTobacco, potatoArabidopsisArabidopsisTobaccoTobaccoPotatoPotatoCornCornTobaccoTobaccoTobaccoTobacco

CanolaCanolaTobaccoTobaccoTobaccoTobaccoTobaccoTobaccoPotatoPotato

(7) (7) 형질전환식물의 형질전환식물의 단백질단백질 생산 사례 생산 사례(7) (7) 형질전환식물의 형질전환식물의 단백질단백질 생산 사례 생산 사례

(A)(A) Northern Northern 분석용 분석용 probe probe 제작을 위해 사용된 제작을 위해 사용된 primer. primer.

(B)(B) pEVcEP pEVcEP 벡터의 형질전환체벡터의 형질전환체 , (C) pEVgEP , (C) pEVgEP 벡터의 형질전환체 벡터의 형질전환체

Wild 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Control RNA

EPO

: Intron

: Exon

I II III VIV

5’-primer 3’-primer

5’-primer

3’-primer

: a.a 2~7: a.a 160~166

5.4 kb(A)

(B)

wild g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8(C)

(1) EPO (1) EPO 형질전환체의 형질전환체의 Northern Northern 분석분석(1) EPO (1) EPO 형질전환체의 형질전환체의 Northern Northern 분석분석

pMAI-EPO(8200 bp)

EcoRVXbaINotI

NsiI

XbaI

XbaINsiI

T7

23S rDNA 5‘ region

trnA

prrn

aadA

EPOpsbA3'

trnI

T3

AmpR

HindIII

HindIII

(2) pMAI-EPO (2) pMAI-EPO 벡터의 개발벡터의 개발(2) pMAI-EPO (2) pMAI-EPO 벡터의 개발벡터의 개발

EPOEPO

3’5’

XbaI site RBS ATG EPO cDNA His Tag (CAC x 6) TGA XbaI site

M W 1 2 3 G 4 5 V D

400bp

(3) (3) aadAaadA 유전자의 유전자의 primerprimer 를 이용한 엽록체 형질전환체의 를 이용한 엽록체 형질전환체의 PCRPCR(3) (3) aadAaadA 유전자의 유전자의 primerprimer 를 이용한 엽록체 형질전환체의 를 이용한 엽록체 형질전환체의 PCRPCR

W: wild type, 1-3: pMAI-GFP transgenics, V: pMAI-GFP, D: DWW: wild type, 1-3: pMAI-GFP transgenics, V: pMAI-GFP, D: DW

(A)

(B)

(4) (4) 이끼의 이끼의 20 L 20 L 대량배양대량배양(4) (4) 이끼의 이끼의 20 L 20 L 대량배양대량배양

(A) (A) 배양 배양 11 일 후일 후 , (B) , (B) 배양 배양 77 주후주후

(5) (5) 이끼의 대량배양 시스탬이끼의 대량배양 시스탬(5) (5) 이끼의 대량배양 시스탬이끼의 대량배양 시스탬

M bGH WT 1 2 3 4

22kDa

(A)

(B)

(6) bGH (6) bGH 형질전환 식물체의 형질전환 식물체의 Immunoblot Immunoblot 분석분석(6) bGH (6) bGH 형질전환 식물체의 형질전환 식물체의 Immunoblot Immunoblot 분석분석

(A) SDS-PAGE, (B) Immunoblot (A) SDS-PAGE, (B) Immunoblot 분석분석 . M: MW marker, bGH: bGH . M: MW marker, bGH: bGH 표준 단백질표준 단백질 , , WT: WT: 야생형야생형 , 1: pGAbGH1-7 , 1: pGAbGH1-7 형질전환체형질전환체 , 2: pGAbGH1-11 , 2: pGAbGH1-11 형질전환체형질전환체 , 3: pG, 3: pGAbGH15-4 AbGH15-4 형질전환체형질전환체 , 4: pGAbGH15-7 , 4: pGAbGH15-7 형질전환체형질전환체

(A)

(B)

EPO WT 1 2 3

38kDa

(7) EPO (7) EPO 형질전환 식물체의 형질전환 식물체의 Immunoblot Immunoblot 분석분석(7) EPO (7) EPO 형질전환 식물체의 형질전환 식물체의 Immunoblot Immunoblot 분석분석

(A) SDS-PAGE, (B) Immunoblot (A) SDS-PAGE, (B) Immunoblot 분석분석 . EPO: EPO . EPO: EPO 표준 단백질표준 단백질 , WT: , WT: 야생형야생형 , 1: pE, 1: pEVcEP-12 VcEP-12 형질전환체형질전환체 , 2: pEVcEP-14 , 2: pEVcEP-14 형질전환체형질전환체 , 3: pEVcEP-16 , 3: pEVcEP-16 형질전환체형질전환체

미국 식품회사 미국 식품회사 CEOCEO 들이 중요하다고 지적한 연구분야들이 중요하다고 지적한 연구분야미국 식품회사 미국 식품회사 CEOCEO 들이 중요하다고 지적한 연구분야들이 중요하다고 지적한 연구분야

순위순위 연구분야연구분야

11 건강식품개발건강식품개발

22 Nutraceutical, medical food Nutraceutical, medical food 개발개발

33 가공 관점에서의 식품안전가공 관점에서의 식품안전

44 천연식품 천연식품 (Natural food)(Natural food)

55 소재선택 관점에서의 식품안전소재선택 관점에서의 식품안전

66 유지식품유지식품

77 저지방 또는 지방조성변형 식품저지방 또는 지방조성변형 식품

88 ISO ISO 등 등 QC QC 방법방법

미국의 질환관련 건강기능식품미국의 질환관련 건강기능식품미국의 질환관련 건강기능식품미국의 질환관련 건강기능식품

관련질환관련질환 환자수환자수 (( 백만명백만명 )) 관련기능성관련기능성

11 관절질환관절질환 관절통 관절통 (80), (80), 관절염 관절염 (43)(43)

글루코사민 콘드로이친글루코사민 콘드로이친 , , 오메가오메가 -3, -6 -3, -6 지방산지방산 , , 기타 항산화제기타 항산화제 , , 진제롤 액기스진제롤 액기스

22 소화기질환소화기질환소화질환 소화질환 (70), (70), 궤양 궤양 (5), (5), 변비 변비 (4.4)(4.4)

요거트요거트 , , 올리고당올리고당 , , 생강생강 , , 페퍼민트페퍼민트 , fe, fennel, nnel, 파파야파파야

33 고지혈증고지혈증 심장병 심장병 (60)(60)고콜레스테롤 고콜레스테롤 (38)(38)

오트브랜오트브랜 , phyllium, , phyllium, 오메가오메가 -3, -3, 이눌린이눌린 , , 과일추출액과일추출액

44 골다공증골다공증 골다공증 골다공증 (33)(33) 칼슘칼슘 , , 아연아연 , , 망간망간 , , 구리구리55 호르몬호르몬 갱년기장애 갱년기장애 (35)(35) 콩 이소프라본콩 이소프라본 , flaxseed, herb, flaxseed, herb

66 고체지방고체지방 과체중인구 과체중인구 (37%)(37%) fat burners (Garcinia cambogia, chromiufat burners (Garcinia cambogia, chromium m 함유물질함유물질 ))

77 시력이상시력이상 비정상시력 비정상시력 (83)(83) 안토시아닌 함유음료와 관련제품안토시아닌 함유음료와 관련제품 , lutein , lutein zeaxanthinzeaxanthin

88 스트레스스트레스 65%65% 의 성인이 의 성인이 심한 스트레스심한 스트레스

valerian, tryptophan, passionflower, chavalerian, tryptophan, passionflower, chamomilemomile

99유방암유방암 , , 전립선암전립선암 isoflavone, lycopeneisoflavone, lycopene

식물생명공학산업의 현황과 전망

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