바이오 신약 혁명 - DNA, RNA, 단백질, 세포 그리고 디지털 치료제 (2023)

책소개

과학 기술은 물론이고 바이오 기술 역시 비약적으로 발전했다. SF 소설이나 영화의 수식어로나 등장할 법한 ‘바이오 테크놀로지’라는 단어는 더 이상 공상 속에 있지 않다. 바이오 기술은 지금도 발전하고 있으며, 앞으로도 어떤 놀라운 기술이 등장할지 알 수 없다.

그러나 이렇게 눈부시게 기술이 발전하고 있어도, 인류는 여전히 질병과 힘겨운 싸움을 벌이고 있다. 암으로 인한 사망자는 교통사고를 포함해 어떤 사망자보다 많고, AIDS는 여전히 완치할 수 없다. 치매는 또 어떤가. 더욱이 우리는 감기나 독감조차도 완벽히 정복하지 못했다.

특히 지난 코로나19 시기를 겪으며, 바이러스의 공격이 얼마나 공포스러운 악몽이 될 수 있는지 뼈저리게 겪어야 했다. 백신을 개발하고 치료하는 과정을 실시간으로 지켜보며 새삼 신약 개발이 얼마나 지난하고 힘든 과정인지도 절절히 깨달았다.

우리 은하를 넘어선 또 다른 우주를 들여다볼 수 있을 정도로 과학과 기술이 발전한 이 시대에도 여전히 정복하지 못한 소우주, 인체. 눈에 보이지도 않을 만큼 작은 DNA를 다루면서도 여전히 질병과 싸우는 현 상황에서, 『바이오 신약 혁명』은 바이오 기술의 핵심과 한계, 이를 극복하기 위한 미래 기술을 살펴보고, 바이오 기술의 혁신이 불러올 보건·의료계의 변화상을 알아본다.

과학 전문 기자인 저자는 전작 『신약 개발 전쟁』에서 오리지널 신약이 만들어지기까지의 과정과 신약이 바이오 시장에서 판매·유통되는 과정을 알기 쉽게 설명한 데 이어 이 책 『바이오 신약 혁명』에서는 바이오 테크놀로지 세계에서도 손꼽히는 혁신인 바이오 의약품의 다양한 영역을 소개하고, 앞으로 어떤 바이오 기술이 각광받을지 예측한다.

『바이오 신약 혁명』은 바이오 업계 종사자뿐만 아니라 바이오기업 창업이나 취업을 준비하고 있는 관련 학과 전공자들, 제약·바이오 분야에 투자를 고민하는 사람들, 신약 개발과 바이오 의약품의 현재와 미래가 궁금한 독자들을 위한 가이드가 되어줄 것이다.

목차

들어가며

1장 바이오 테크놀로지의 세계에 오신 걸 환영합니다
중심 이론, DNA와 RNA
안젤리나 졸리가 유방을 절제한 이유
DNA의 화학 구조는?
유전자 치료제, 인 비보와 엑스 비보
유전자를 없애거나 넣거나 바꾼다면
체내 치료 vs 체외 치료, 당신의 선택은?
배달 사고를 낸 배달부의 운명은?
암세포를 정상 세포로 되돌린다면
신약 개발 vs 이미지 포장

2장 바이오 테크놀로지, 만능 해결사가 될 것인가
연인과 이별한 슬픔을 잊을 수 있다면
먹다 남은 깍두기에서 찾은 범인의 단서
DNA 메틸화, 암을 진단하고 치료까지?
1조 원이 50만 원으로
인공지능이 진단 방랑을 끝낼 수 있을까
새로운 명의의 탄생
세계 판매 1위 진단 장비, 한국에서도 통할까

3장 유전자, 단백질, 세포… 확장되는 바이오 의약품의 영역
불안한 RNA, 안정된 DNA
RNA 백신, RNA 바이러스로 잉태
유전자 발현을 억제하는 RNA 간섭
의약품 시장의 강자, 항체 치료제
한 놈만 죽인다, 특급 저격수 항체
치매 치료제와 인체의 면역 반응
양손잡이 2중항체
항체와 세포 독성 약물의 랑데부, ADC
본질에 더 가깝게, 바이러스를 속여라!
인간 사회만큼이나 다양한 우리 몸의 일꾼

4장 세포를 공략하라! 바이오 의약품의 또다른 혁신
세포, 우리 몸의 소우주
브루투스, 너마저?
또다른 혁신, 세포 치료제
암을 정복하라, CAR-T
유도 만능 줄기세포, 시간을 거스르는 세포
더 정확한 단일 세포 유전자 분석

5장 바이오 테크놀로지의 현재와 미래
바이오 금맥, 바이오 마커
AI가 후보 물질을 발굴한다면
동물복지가 불러온 변화
꿀 알바의 정체
B 교수의 통탄
백신 개발과 모럴 해저드
링컨6 에코의 꿈
혹한을 뚫고 핀 꽃 한 송이
CEO의 무게
구두 발표의 위엄
의대 열풍, 언제까지?
박사 과정에서 《네이처》에 논문을 낸다면

마치며

 

저자 소개

저 : 이성규

연세대학교에서 생명공학을 공부하고 연세대학교 언론홍보대학원에서 저널리즘을 공부했다. MBN에서 기자 생활을 시작했고, 지금은 YTN 사이언스에서 과학 전문 기자로 활동하고 있다. 2017년 생화학분자생물학회가 선정한 ‘올해의 생명과학보도상’을 수상했으며, YTN 사이언스의 바이오의학 전문 프로그램 〈카페 B〉를 진행했다. 현재는 YTN 사이언스에서 바이오 업체 CEO 대담 프로그램인 〈바이오 위클리〉를 진행하고 ...

책 속으로

지구상의 모든 생명체는 유전 정보를 DNA에 담고 있다. 즉 DNA는 유전 정보를 담은 일종의 지도라고 할 수 있다. 생명체는 DNA를 바탕으로 유전자를 발현시킨다. 유전자를 발현시킨다는 말은 단백질을 만든다는 의미다. 단백질이 실제로 생명을 유지하기 위해 일하는 일꾼이기 때문이다. 생명체의 기본 단위인 세포는 생존하기 위해 주변 세포와 끊임없이 소통하고 에너지를 만드는 등 이런저런 할 일이 많다. 이런 일에 필요한 일꾼이 단백질이다. 그러므로 생명체는 단백질을 만들지 못하면 생명 현상을 유지하기 힘들다. 단백질은 DNA에서 바로 만들어지지 않고 중간 단계인 RNA를 거친다. 다시 말해 생명체는 DNA에서 시작해 RNA를 거쳐 단백질을 만든다는 것이 중심 이론이다.
--- p.18

크리스퍼 유전자 가위의 작동 원리는 다음과 같다. 우선 안내 RNA가 목표로 하는 유전자와 결합한다. DNA와 DNA, DNA와 RNA는 서로 상보적으로 결합하기 때문에 목표 유전자의 염기 서열을 알면 이 유전자에 결합하는 안내 RNA를 만들 수 있다. 그러면 가위 역할을 하는 Cas9 단백질이 목표 유전자를 자른다. 이렇게 DNA가 절단되면, 세포 내에서 DNA 복구 기전이 작동한다. DNA 복구란 잘린 DNA를 다시 붙이는 것인데, 잘린 상태를 그대로 붙이면 아무런 치료 효과가 없다.
바로 여기서 DNA 복구의 묘미를 찾을 수 있다. DNA 복구 기전이 작용할 때 생체 시스템은 주변에 남아도는 염기 몇 개를 잘린 부위에 붙여 돌출된 형태로 만든다. 반듯하게 잘려 밋밋한 것보다는 돌출 형태여야 더 잘 붙기 때문이다. 그런데 몇 개의 염기를 추가로 붙였기 때문에 유전자의 염기 서열이 잘리기 전과는 달라진다. 염기 서열이 변하면 이 유전자는 원래의 기능을 하지 못한다. 즉 목표로 했던 유전자의 기능을 끌 수 있는 것이다. 이는 병을 일으키는 원인 유전자를 제거하거나 그 기능을 없앨 때 유용하다. 이런 유전자 교정법을 NHEJ라고 한다.
--- p.33~34

암세포를 정상 세포로 바꾸는 것처럼 세포의 특성이나 운명을 바꾸는 것을 리프로그래밍이라고 한다. 이미 프로그래밍된 세포의 특성을 재설정한다는 의미다. 2012년, 일본 교토대학의 야마나카 신야 교수가 유도 만능 줄기세포의 원리를 발견한 공로를 인정받아 노벨 생리의학상을 받았다. 유도 만능 줄기세포는 피부 세포와 같은 성인의 체세포를 배아줄기세포와 유사한 상태로 되돌려 만든 줄기세포를 일컫는다. 배아줄기세포처럼 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는데, 피부 세포와 같은 일반 세포를 줄기세포로 유도한 것이다. 세포는 줄기세포에서 일반 세포로 분화하기 때문에 야마나카가 수립한 유도 만능 줄기세포 기술을 다른 말로 역분화 기술이라고도 한다. 일반적인 세포의 분화와는 달리 거꾸로 분화시켰기 때문이다. 이처럼 일반 세포를 줄기세포 상태와 같은 유도 만능 줄기세포로 되돌리는 것이 대표적인 리프로그래밍으로, 일반 세포의 특성과 운명을 재설정해서 전혀 성격이 다른 줄기세포 상태로 바꿀 수 있다.
--- p.49~50

유전자 분석 업체의 경우 포화 상태에 이른 유전자 분석 분야를 넘어서 새로운 비즈니스를 창출할 수 있으므로 신항원 암 백신은 매력적인 분야일 것이다. 더구나 신항원 암 백신을 개발한다고 하면 기존의 유전자 분석 회사에서 신약 개발 회사로 탈바꿈할 수 있다. 그래서인지 한국의 유전자 분석 업체들이 신항원 암 백신 개발에 너나없이 나서고 있다. 대부분은 탄탄한 실력을 바탕으로 신항원 백신을 개발하려는 순수한 의도겠지만, 시류에 편승해 이미지를 포장하거나 주가를 띄우려는 기업도 있을 것이다. 과연 누가 진짜이고 누가 가짜인지는 시간이 밝혀주리라 믿는다.
--- p.56

PCR 기술은 기본적으로 DNA를 증폭하는 도구이기 때문에 거의 모든 바이오 실험에 활용된다. DNA를 다루는 실험은 PCR로 증폭하지 않으면 실험할 수 없기 때문이다. 이처럼 PCR은 기초 연구에서나 실제 생활에서나 광범위하게 쓰인다. 코로나19 대유행을 겪으면서 누구나 한 번쯤은 PCR 검사를 받았을 것이다. 이때 멀리스가 개발한 PCR 검사를 이용한다. 코로나19 PCR 검사에서 증폭하려는 것은 코로나19 바이러스의 DNA다. 코로나19 바이러스는 RNA 바이러스로, DNA 대신 RNA를 이용하는 바이러스다. 코로나19를 비롯해 독감 바이러스, 에이즈 바이러스 등 인간을 괴롭히는 바이러스는 대부분 RNA 바이러스다. 그런데 PCR 기술은 DNA를 증폭하는 기술이지, RNA를 증폭하는 기술은 아니다. 따라서 코로나19 바이러스의 RNA를 DNA로 바꿔주는 작업이 필요하다.
--- p.68

DNA 메틸화를 암 진단의 생체지표로 활용하면 극소량의 DNA만 있어도 검출할 수 있다는 장점이 있다. PCR로 표적 생체지표 부위의 DNA만 증폭할 수 있기 때문이다. 어떤 암이든 생체지표가 좋을수록 정확도가 높고 조기 진단이 가능하다. 따라서 목표로 하는 암에서만 선택적으로 존재하는 생체지표가 있는지, 암 발병 초기부터 존재하는 DNA 생체지표를 보유하고 있는지가 그 기업의 경쟁력을 측정하는 중요한 척도가 된다.
--- p.73

미국 바이오 기업 모더나는 mode+rna 내지는 modern+rna의 합성어로 추정된다. 이름에서 알 수 있듯이, 이 회사는 RNA 연구에 천착한다. 회사는 창립 후 20년간 RNA를 이용하여 백신 연구를 해왔지만, 단 한 번도 성공한 적이 없었다. 그러다가 2019년 말 코로나19 대유행이 시작됐고, 이듬해인 2020년 5월 미국 트럼프 행정부에서 초고속 작전을 승인하며 자국의 코로나19 백신 개발을 전폭적으로 지원했다. 그 결과 같은 해 12월, 미국 FDA는 화이자-바이오엔테크의 코로나19 백신과 모더나의 코로나19 백신을 연이어 승인했다. 이는 백신을 개발한 지 8개월여 만에 이룬 성과로, 전 세계 백신 개발 역사상 가장 단기간이었다. 그 이전에 가장 빠른 것은 에볼라 백신으로, 이마저도 5년이 걸렸다.
--- p.95

바이오 의약품 이후 등장한 새로운 혁신 치료제가 바로 세포 치료제와 유전자 치료제다. 앞서 유전자 치료제는 특별한 유전 질환을 치료한다고 설명했다. 한편 세포 치료제는 세포 자체를 치료제로 활용하는 의약품이다. 우리 몸에는 무수히 많은 세포가 있는데, 그중에서 면역세포는 세균이나 바이러스에 감염된 세포나 정상 세포에서 비정상 세포로 변한 암세포를 공격한다. 세포 치료제의 큰 축 가운데 하나인 면역세포 치료제는 면역세포를 이용한다. 면역세포 가운데 대표적인 저격수 역할을 하는 세포가 살상 T-세포로, 과학자들의 주된 관심사 가운데 하나는 T-세포의 살상 능력을 높여 암세포를 죽이는 것이다.
--- p.143

줄기세포는 손상된 세포를 대신할 정상 세포를 만들어낸다는 점에서 매력적인 치료 도구다. 줄기세포 자체를 치료 물질로 이용하기 위해선 기본적으로 환자의 몸에서 줄기세포를 채취해 치료에 쓸 수 있을 정도로 양을 늘려야 한다. 그런데 몸속 줄기세포를 몸 밖으로 꺼내면 원래 있던 체내 환경과의 차이로 인해 줄기세포의 분화 능력이 현저히 떨어진다고 한다. 세포는 주변 세포를 포함해 자신을 둘러싼 미세 환경과 끊임없이 소통하면서 제 기능을 수행하기 때문이다. 이런 측면에서 체내와 비슷한 환경을 조성하는 것이 세포 치료제 개발에 있어서 새로운 이슈로 부각되고 있다.
--- p.154

현재 질병 치료는 저분자 합성물에서 세포를 이용하는 단계까지 발전했다. 저분자 합성물과 항체 등 바이오 의약품이 미시적인 치료 접근이라면, 세포나 조직, 장기 등을 활용한 방법은 거시적인 치료 접근이다. 미시적인 접근이 바탕이 돼야 거시적인 접근도 가능하겠지만, 인류가 미시적인 접근으로 생명 현상의 원리를 모두 파헤칠 수 있을지는 의문이다.
생명 현상의 원리는 모르더라도, 문제가 되는 세포나 조직, 장기를 통째로 새것으로 바꿔준다면 바꿔준 세포나 조직, 장기가 알아서 문제를 해결할 것으로 기대하고 있다. 이 지점에서 세포 치료제가 등장한 것은 미시적인 치료 접근에서 거시적인 치료 접근으로의 변혁이다. 변혁의 속도는 더딜지 모르지만, 장기적으로는 질병 치료의 패러다임도 거시적인 치료로 바뀔 것이다.
--- p.183

그렇다면 어떻게 의사 과학자를 육성할 수 있을까? 여러 해법이 있겠지만, 내가 생각하기에 가장 현실적이면서도 빠른 길은 의사 과학자가 창업한 바이오 기업이 대박을 치는 것이다. 어떤 의대생이 의대를 졸업하고 의사 과학자의 길을 걸으며 회사를 창업했는데, 이 회사가 승승장구해 창업 10년 만에 신약을 개발하고 코스닥에도 상장한다면, 창업자인 의사 과학자는 엄청난 부를 거머쥘 것이다.

--- p.198

 

출판사 리뷰

바이오 테크놀로지는 인류를 질병으로부터 해방시킬 것인가

과학 기술은 물론이고 바이오 기술 역시 비약적으로 발전했다. SF 소설이나 영화의 수식어로나 등장할 법한 ‘바이오 테크놀로지’라는 단어는 더 이상 공상 속에 있지 않다. 바이오 기술은 지금도 발전하고 있으며, 앞으로도 어떤 놀라운 기술이 등장할지 알 수 없다.

그러나 이렇게 눈부시게 기술이 발전하고 있어도, 인류는 여전히 질병과 힘겨운 싸움을 벌이고 있다. 암으로 인한 사망자는 교통사고를 포함해 어떤 사망자보다 많고, AIDS는 여전히 완치할 수 없다. 치매는 또 어떤가. 더욱이 우리는 감기나 독감조차도 완벽히 정복하지 못했다.

특히 지난 코로나19 시기를 겪으며, 바이러스의 공격이 얼마나 공포스러운 악몽이 될 수 있는지 뼈저리게 겪어야 했다. 백신을 개발하고 치료하는 과정을 실시간으로 지켜보며 새삼 신약 개발이 얼마나 지난하고 힘든 과정인지도 절절히 깨달았다.

우리 은하를 넘어선 또 다른 우주를 들여다볼 수 있을 정도로 과학과 기술이 발전한 이 시대에도 여전히 정복하지 못한 소우주, 인체. 눈에 보이지도 않을 만큼 작은 DNA를 다루면서도 여전히 질병과 싸우는 현 상황에서, 《바이오 신약 혁명》은 바이오 기술의 핵심과 한계, 이를 극복하기 위한 미래 기술을 살펴보고, 바이오 기술의 혁신이 불러올 보건·의료계의 변화상을 알아본다.

과학 전문 기자가 설명하는 바이오 의약품의 세계

생명공학을 전공하고 과학 전문 기자로 활동하는 저자는 전작 《신약 개발 전쟁》에서 오리지널 신약이 만들어지기까지의 과정과 신약이 바이오 시장에서 판매·유통되는 과정을 알기 쉽게 설명한 데 이어 이 책 《바이오 신약 혁명》에서는 바이오 테크놀로지 세계에서도 손꼽히는 혁신인 바이오 의약품의 다양한 영역을 소개하고, 앞으로 어떤 바이오 기술이 각광받을지 예측한다.

《바이오 신약 혁명》에서 저자는 과학 전문 기자의 경험을 살려 바이오 의약품 개발부터 진단 기술 원리에 이르기까지 중요한 개념과 원리, 용어에 관해 누구나 이해할 수 있도록 쉽게 설명하고 정리해두었다. 바이오 신약 기술과 개발 현황 등의 바이오 테크놀로지 관련 지식뿐만 아니라 의대 열풍이나 비대면 진료에 이르기까지 사회적 이슈까지도 광범위하게 다루어서 바이오 신약 개발과 관련한 트렌드도 접할 수 있다.

이 책은 5장으로 구성되어 있다.

1장 바이오 테크놀로지의 세계에 오신 걸 환영합니다에서는 바이오 분야의 기초 지식을 살펴본다. 바이오 분야에서 가장 기초적인 DNA와 RNA가 무엇인지 살펴보고, 생물학의 기초 이론인 ‘중심 이론(central dogma)’을 소개한다. 특히 바이오 신약 중 유전자를 기반으로 한 유전자 치료제로 암을 어떻게 치료하는지 살펴본다.

2장 바이오 테크놀로지, 만능 해결사가 될 것인가에서는 현실에 쓰이고 있는 바이오 기술을 소개한다. 영화나 실제 사건에서 바이오 기술이 쓰이는 예를 설명하기도 하고, 인공지능을 활용해 어떻게 바이오 신약을 개발하고 진단 기술을 획기적으로 발전시킬 수 있는지 살펴본다.

3장 유전자, 단백질, 세포… 확장되는 바이오 의약품의 영역에서는 바이오 의약품의 다양한 영역을 살펴본다. 바이오 의약품 기술은 날로 발전하여 유전자를 기반으로 한 치료제부터 인체의 면역 반응을 기반으로 한 치료제, 단백질 기반의 치료제, 최근에는 세포를 기반으로 한 치료제까지 그 영역이 계속 확장되고 있다. RNA 간섭, 항체 치료제, 2중항체 등 여러 바이오 의약품의 원리와 기능을 설명하고, 앞으로 각광받을 기술도 살펴본다.

4장 세포를 공략하다! 바이오 의약품의 또다른 혁신에서는 최근 들어 연구 개발이 활발한 세포 기반의 의약품과 치료법을 소개한다. 특히 암 치료제로 큰 기대를 받고 있는 CAR-T를 소개한다. 암치료뿐만 아니라 노화를 되돌리기 위한 연구에서 중심에 있는 유도 만능 줄기세포에 대해서도 살펴본다.

5장 바이오 테크놀로지의 현재와 미래에서는 바이오 분야의 현실과 미래를 살펴본다. 신약 개발에 활용하는 인공지능, 동물복지로 인한 임상시험의 문제를 비롯하여 의대 열풍으로 인한 인재의 편향까지, 우리나라에서 바이오와 관련한 사회적 이슈를 알아본다.

《바이오 신약 혁명》은 바이오 테크놀로지에 관심을 갖고 있는 관계자와 일반 독자들에게 바이오 테크놀로지의 전체적인 트렌드와 앞으로의 향방을 알아보는 데 도움이 될 것이다.

바이오 테크놀로지는 인류의 오랜 꿈을 이룰 것인가

《바이오 신약 혁명》에서 다루는 바이오 기술은 보편적이면서도 첨단의 트렌드를 보여준다. 신약 개발의 현황이나 바이오 기업의 창업 등에 관심을 가지고 있는 관계자나 투자자뿐 아니라 바이오 신약에 관심을 가진 일반인들도 바이오 업계의 트렌드와 전망을 살펴보는 데 큰 도움이 될 것이다. 과학 전문 기자로 오랫동안 일한 저자는 풍부한 경험과 지식을 바탕으로, 바이오 기술과 바이오 신약의 현황과 문제점을 냉철하게 바라본다. 불로장생이라는 인류의 숙원을 해결하기까지 멈추지 않을, 끊임없는 도전을 기대한다.

 

추천평

바이오 신약 기술은 물론이고, 신약 개발의 현황, 바이오 창업, 의대 열풍, 비대면 진료를 포함한 사회적 이슈까지도 광범위하게 다루고 있어 이 한 권을 읽으면 바이오 신약의 트렌드를 모두 접할 수 있다. 또한 기술 개발에 숨겨져 있는 개발사들의 이야기는 《바이오 신약 혁명》을 읽을 때만 얻을 수 있는 또 하나의 재미이다. 바이오 분야 관계자, 투자자뿐 아니라 바이오 신약과 관련한 획기적 기술의 전망에 대해 알고자 하는 모두에게 이 책을 추천한다.
- 정종평 (나이벡 대표이사, 서울대학교 치과대학 명예교수, 한국과학기술한림원 종신회원)

《바이오 신약 혁명》은 신약 개발부터 디지털 치료제까지 바이오 기술의 현황과 문제점뿐만 아니라 앞으로의 방향까지 솔직 담백하게 제시한다. 과학 기술 전문기자의 풍부한 경험과 통찰이 빛나는 책으로, 바이오 분야의 고정관념을 탈피해야 하는 이유를 명쾌하게 설명하고 있다. 이 분야에 관심 있는 분들에게는 좋은 선물이 될 것이다.
- 김남균 (칼라세븐 대표이사)

《바이오 신약 혁명》은 세포 유전자 치료제가 미래의 새로운 치료 모달리티로 대두되고 있는 시점에 과학 전문 기자의 시점에서 쓴 독자를 위한 안내서다. 태어날 때부터 결정되는 유전자를 통해 질병을 유발할 수 있는 상황을 예측하고 예방하는 시대, 모두를 위한 치료제보다는 개인의 유전적 환경과 식습관을 조절하는 개인 맞춤형, 참여형 치료의 시대가 다가오고 있다. 이러한 시대를 이해하고 대비하려는 과학자와 대중을 위한 훌륭한 가이드가 될 책이다.
- 임재승 (셀라토즈테라퓨틱스 대표이사)

바이오 기초 지식, 다양한 기술과 산업 전반의 내용을 담은 이 책은 글로벌 신약 개발 현황을 잘 파악할 수 있게끔 설명했다. 끊임없는 혁신과 기술의 발전이 인류의 질병을 극복할 수 있기에, 《바이오 신약 혁명》은 신약 개발의 변하는 판도와 더 건강한 인류를 위한 끊임없는 도전을 통한 새로운 신약 탄생을 기대하게 한다.
- 이상훈 (에이비엘바이오 대표이사)