제 1장 플랫폼 바이오 주요기술(Ⅰ) -세포이미징/시퀀싱, 유전체 합성·후성유전체- 1. 2023 바이오 미래유망기술 1) 바이오 미래유망기술 연구범위 및 방법 (1) 정의 및 추진방안 가. 2023 바이오 미래유망기술 정의 나. 2023 바이오 미래유망기술 발굴을 위한 추진방안 수립 (2) 단계별 연구 방법 가. 1단계 : 혁신적 연구성과 모니터링 등을 통한 혁신형 시드(seed) 발굴 나. 2단계 : 미래유망 후보기술 도출 및 미래유망기술 최종 선정 다. 3단계 : 기 발굴된 바이오 미래유망기술의 공감대 형성을 위한 홍보 (3) 연구 결과 가. 2023년 10대 바이오 미래유망기술 선정 2. 플랫폼 바이오 미래기술 연구동향 1) 세포 정밀 이미지 관련분야 기술동향 (1) 세포 내 3차원 영상 시각화 구현 (2) 극저온 전자현미경과 생체분자기계 연구 (3) 정밀이미징과 AI 기술로 세포 내부 관찰 (4) 다양한 세포 및 조직 내에서 전사체를 분석하는 in situ sequencing 공통핵심기술 (5) 생체 내 면역세포 실시간 분석(In situ immune cell live imaging/sequencing) 가. 기술 정의 나. 실현 시기 다. 요소 기술 라. 주요 이슈 마. 기술 개발 동향 바. 필요 사항 사. 기대 효과 2) 세포 시퀀싱(Sequencing) 관련분야 연구동향 및 사례 (1) 차세대 시퀀싱(NGS) 산업 발전 (2) NGS를 활용한 새로운 분석 방법 및 활용 사례 가. NGS(Next Generation Sequencing) 기술 및 정밀의료 시대의 도래 나. NGS을 활용한 새로운 응용 기술 A) Single cell sequencing B) Spatial transcriptome C) Proteomics 다. 새로운 NGS 기술의 적용사례 및 한계점 라. 결론 (3) 단일세포 시퀀싱 기술의 발전과 전망 가. 단일세포 시퀀싱 기술 및 발전 나. 단일세포 시퀀싱 기술의 결합 다. 단일세포 염기서열 분석의 활용 A) 대장암(colorectal cancer) B) 유방암(Breast cancer) C) 뇌종양(Brain tumor) D) 혈액 종양(Hematological tumors) E) 간암과 폐암 F) 미생물 분석 G) 신경세포 분석 H) 면역세포 분석 적용(application of immune cells analysis) I) 소화기 및 비뇨기 계통 적용 (4) 휴면암세포 연구와 단일세포 시퀀싱 기술의 발달 가. 단일세포 기술 동향 A) 단일세포 전사체 분석 기술 동향 B) 단일세포 유전체 분석 기술 동향 C) 단일세포 공간정보 분석 기술 동향 나. 생명(연) 보유 역량 - 단일세포 분야 다. 시사점 3) 차세대 유전체 합성 기술 연구동향 (1) 차세대 유전체 합성 연구개발 동향 가. 올리고머 합성 기술 나. 장쇄 DNA 어셈블리 기술 다. 인공 유전체 합성 기반 인공 미생물 개발 라. 효소 기반 차세대 DNA 합성 기술 마. 결론 및 시사점 (2) 인공지능 기술 활용 유전체 분석동향 가. 유전체 데이터 분석 기술 및 인공지능 기술의 발달 나. 유전체 데이터에 인공지능 기술을 적용한 사례 A) 약물반응성 예후 예측 B) 공간전사체 발현 예측 C) 신약개발 타겟 발굴 (3) 유전체 빅데이터 기반의 맞춤 의료 가. 맞춤 의료와 유전체 정보 나. 유전체와 단백질, 그리고 세포의 기능 다. 유전변이와 맞춤의료 라. 대규모 유전체 분석 사업 A) 유전체 분석 기법과 유전 변이 확인 B) 질환의 원인이 되는 유전 변이를 찾기 C) 대규모 유전체 분석 사업 소개 마. 맞춤의료를 달성하기 위한 새로운 염기서열 분석법 A) 긴 조각 염기서열 분석법과 유전체 지도 작성 B) 긴 조각 염기서열 분석법과 비정상 유전자 블록 조합 분석 4) 후성유전체 편집기술 동향 (1) 크리스퍼(CRISPR) 유전자편집 가. 크리스퍼(CRISPR) 기술 나. 작동 원리 다. 기술의 성숙도 라. 기회 요인 마. 도전 과제 (2) 유전자 염기 편집 도구들 가. 유전자 조작의 기본 원리 A) DSB 이후 HDR과 NHEJ 나. CRISPR 이전의 유전자 조작법과 CRISPR의 등장 A) ZFNs, TALENs attach Fok I 그리고 Meganucleases B) CRISPR의 원리와 한계 다. CRISPR 이후의 개발되는 염기 편집 도구들 A) CRISPR의 재설계 B) 발전된 형태의 CRISPR의 응용 C) CRISPR 이후 개발되는 염기 편집 도구들 : CRISPR를 넘어서려는 시도들 (3) CRISPR 기능조절 스위치(Kill-switch) (4) 후성유전체 편집기술의 기술동향 가. 후성유전체 변형을 이용한 유전자 발현 조절 및 세포분화 조절 기술 나. DNA 손상 없이 유전자 발현을 바꾸는 후성유전체 편집 기술 A) CRISPRa & CRISPRi 시스템 B) CRISPRon & CRISPRoff 시스템 다. 후성유전체 편집 기술의 활용 및 전망 A) 세포 분화 및 리프로그래밍 B) 질병 모델링 C) 임상 활용 및 전망 D) 후성유전체 편집기술 개발 기업 (5) 초소형 유전자가위 가. 희귀하지 않은 희귀질환 : 유전질환 나. CRISPR-Cas9 기술의 치료제로서의 제약성 다. AAV와 초소형유전자가위의 결합을 통한 효과적인 유전자치료 라. 초소형유전자가위 기반의 다양한 플랫폼 기술 5) 유전자 편집기술을 활용한 치료 사례와 유전자 치료제 지침 (1) 크리스퍼(CRISPR-Cas9) 유전자편집기술을 활용한 혈액유전질환 치료 (2) 유전자 편집 CAR-T에 의한 환자 맞춤형 암 치료 (3) 인간 유전체 편집기술을 이용한 인간 유전자치료제 지침초안 가. 배경 나. 제품 개발 시 고려사항 A) 일반적 고려사항 B) 화학, 제조 및 품질관리(CMC) 권고사항 다. 전임상시험 시 고려사항 A) 전임상시험에서 평가된 제품 B) 활성 평가 C) 안전성 평가 라. 임상시험 시 고려사항 A) 시험 모집단 B) 용량 및 투여 일정 C) 치료 계획 D) 모니터링 및 추적관찰 마. FDA와의 커뮤니케이션 (4) 세포 내 현상을 기록하는 DNA 테이프 가. DNA 테이프 연구동향 나. CRISPR 바코드 맵 제 2장 플랫폼 바이오 주요기술(Ⅱ) -AI 기반 인공단백질 설계·세포 역노화- 1. 인공지능 기반 인공단백질/신약 개발 기술동향 1) AI 기반 단백질 모델링 기술 기술동향 (1) 배경 설명 가. 단백질 삼차구조와 구조생물학 나. 단백질 모델링 다. 단백질 구조 예측 학술대회(CASP), 그리고 알파폴드의 등장 (2) 향후 전망 가. 구조생물학과 단백질 모델링 나. 생물학과 단백질 모델링 (3) 단백질 구조 예측 AI 기술의 가능성과 과제 2) de novo 단백질 디자인 기술 발전현황 (1) 인공 단백질 디자인 기술 개요 가. 무한한 가능성의 인공 단백질 나. 단백질 디자인과 단백질 구조 예측 다. 인공지능 구조 예측 기술의 등장과 단백질 디자인과의 시너지 (2) 주요 동향 및 이슈 가. 단백질 디자인 기술 개발 동향 A) 로제타(Rosetta) 프로그램 B) 로제타폴드(Rosettafold) 기반 디자인 프로그램 RF design(Rosettafold design) C) 스위스 로잔공대 Bruno Correnia교수 연구팀 ‘토포빌더(Topobuiler)’ 디자인 기술 개발 D) ‘크로마(Chroma)’ 및 ‘로제타폴드 디퓨젼(RF Diffusion)’ E) 스크리닝 및 필터링 기술 동향 나. 단백질 기능에 따른 디자인 전략 개발 동향 A) 스캐폴드 단백질(Scaffold protein) B) 결합 단백질(binder protein) C) 막 단백질(membrane protein) D) 플랫폼 기술 단백질 다. 인공설계 단백질 기반 단백질 신약개발 동향 A) 단백질 백신 B) 암 면역 치료체 C) 셀리악병 치료제 D) 인플루엔자 타깃 항바이러스제 라. 인공단백질 디자인 기반 산업계와 학회 동향 A) 국외 단백질 디자인 기반의 스타트업 B) 국내 단백질 디자인 기반의 스타트업 C) 국내외 단백질 디자인 관련 학회 (3) 결론 및 시사점 가. 폭발적인 속도로 발전하는 단백질 디자인 기술 나. 표준화된 실험적 데이터 축적 방안 필요 다. 폭넓은 분야로 적용 및 검증 시스템 확충 3) AI 기반 약물 생성 예측 모델을 이용한 강화 학습과 화학정보학 (1) 바이오 헬스케어에 응용되는 인공지능분류 (2) 인공지능을 통한 신약 디자인 업적 가. 기존의 신약개발 시스템과 인공지능 기반 신약개발 비교 나. 인공지능을 이용한 신약개발의 장단점 (3) 신약개발에 이용되는 약물 디자인 모델들 가. 약물 생성 모델(Generative Models) 나. 약물 예측 모델(Predictive Models) 다. 약물 생성 & 예측 모델 통합하는 강화 학습(Reinforcement Learning) 라. 신약 리드(선도) 물질 탐색을 최적화하는 화학정보학(Cheminformatics) 4) 국내외 AI 활용 바이오 신약개발 현황 (1) 인공지능 기반 신약개발 현황 가. Insilico Medicine 나. Schrodinger 다. 디어젠 라. DR.NOAH BIOTECH 마. 신테카바이오 바. NEC-Transgene 사. CHUGAI 제약 (2) AI 신약 개발 정책 및 규제 현황 (3) AI 신약 개발 시장동향 가. 시장 규모 및 전망 나. 경쟁 현황 2. 세포 역노화(rejuvenation) 연구 및 항노화 기술·산업 동향 1) 초고령화 대응 노화과학 R&D 현황 (1) 노화과학 가. 글로벌 이슈인 ‘고령화’ 나. 노화과학 R&D 다. 고령화 대응 노화과학 R&D의 필요성 (2) 주요 동향 및 이슈 가. 해외 노화과학 R&D 동향 A) 항노화 기술 현황 B) 젊은 피 수혈과 혈액 내 역노화 인자 C) 혈액 내 회춘인자 기반 노인성 질환 예방 및 치료제 개발 D) 다중 오믹스분석 기술을 통한 노화예측 및 노화제어 타깃 발굴 E) 노화세포 제거를 통한 수명연장 및 질병 예방 F) 노화제어 약물 개발 G) 노화제어 운동모방 약물 개발 H) 글로벌 IT기업의 노화 연구 나. 국내 노화과학 R&D 동향 A) 국내 노화분야 R&D 과제 현황 (3) 결론 및 시사점 2) 세포 역노화 관련 분야 연구동향 (1) 세포 역노화(Cell rejuvenation) 가. 기술 정의 나. 실현 시기 다. 요소 기술 A) 역노화 기술 B) 역노화 기전 연구 기술 C) 역노화 조절 기술 라. 주요 이슈 마. 기대 효과 바. 기술 개발 동향 사. 필요 사항 (2) 세포 리프로그래밍을 통한 역노화(rejuvenation) 연구 (3) 노화세포 분리기술과 단일세포 시퀀싱기술로 체내(in vivo)에서 노화세포의 특성 규명 3) 항노화 기술동향 및 연구·임상 현황 (1) 노화 연관 질환에서의 새로운 치료책 & 노화 치료제(Senotherapeutics) 가. Senolytics 나. Senomorphics (2) 노화 치료제의 국외 임상시험 현황 가. 노화를 표적하는 임상시험을 위한 바이오마커 나. 노화방지 약물 연구현황 A) 라파마이신 B) 메트포르민 C) 세놀리틱 약물 (3) 다른 항노화 치료 연구들(Other anti-aging interventions) 가. 식이 제한(Caloric restriction, CR) 나. 병체 결합(Parabiosis) 다. 조로증 마우스 모델에서의 유전자 편집술 4) 글로벌 항노화 치료제 시장 동향 (1) 항노화 치료제 시장의 급부상 배경 (2) 항노화 치료제 시장 규모 및 전망 가. 글로벌 전체 시장 나. 분야별 글로벌 시장 다. 지역별 시장 (3) 항노화 치료제 시장 분석 가. 산업 구조(Porter's Five Forces Analysis) 나. 시장 트랜드 다. 주요 성장요인과 해결과제 라. 주요 기업 현황 제 3장 레드 바이오 주요기술(Ⅰ) -소포체 약물전달·차세대 백신- 1. 소포체 기반 약물전달 기술 연구동향 1) 세포외소포체(Extracellular vesicles, EVs) (1) 세포외소포체의 기원 (2) 세포외소포체의 유형 (3) 세포외소포체의 생성 및 배출 (4) 세포외소포체의 활용 (5) 세포외소포체 기반 약물전달기술 가. 엑소좀의 생성 과정 나. API 탑재 기술 A) 나이브(naive) 엑소좀 B) 수동탑재 C) 능동탑재 : 막 고정 API D) 능동탑재 : 자유형태 API 다. 목표 조직/세포 표적 기술 라. 엑소좀 기반 약물전달기술 개발의 미해결 과제 (6) 세포외소포체를 활용한 약물개발 동향 가. 세포외소포체를 약물전달체로 사용한 비임상단계시험 나. 세포외소포체의 기원 유형별 분포 다. 세포외소포체에 함유한 활성성분의 유형 라. 세포외소포체의 비임상연구에 사용된 투여경로 마. 세포외소포체를 기반으로 한 의약품의 임상시험 현황 바. 세포외소포체에 기반한 약물제형의 비임상시험 현황 2) 엑소좀(Exosome) 활용 항암 연구 동향 (1) 엑소좀의 진단적 가치 (2) 엑소좀 기반 치료제 개발 가. 항암 약물 전달 A) 세포 독성 감소 B) 전달 효율 증대 C) 기존 항암제 한계 극복 나. 단백질 전달 A) 막 단백질 전달 B) 항원 전달 C) 단일 클론 항체 다. 핵산 전달 A) siRNA B) miRNA C) CRISPR-Cas (3) 시사점 3) 차세대 치료제 엑소좀의 연구개발 동향 (1) 글로벌 엑소좀 시장 및 치료제 개발 동향 (2) 국내 기업 엑소좀 치료제 개발 동향 (3) 세포 치료제 및 약물전달시스템(DDS) (4) 엑소좀 기술의 허들 : 엑소좀 분리기술 2. 차세대백신 및 개인 맞춤형 백신 주요기술 동향 1) 차세대 백신 프론티어, 디지털 백신 이슈 2) 백신 전달 기술과 개발 현황 (1) 백신 플랫폼의 종류 가. 전체 병원체 백신(Whole virus/bacteria vaccine) 플랫폼 나. 단백질 백신(subunit vaccine) 플랫폼 다. 핵산 백신(nucleic acid vaccine) 플랫폼 (2) 백신 전달 기술의 현황 가. 생물 소재를 이용한 전달 기술 나. 화학 소재를 이용한 전달 기 다. 물리적 자극을 이용한 전달 기술 3) mRNA 기반 차세대 백신 연구개발 동향 (1) 해외 연구 동향 (2) 국내 연구 동향 4) 암 예방/치료용 백신 기술현황 (1) 암 예방 백신 개발 동향 (2) 암치료용 백신(Therapeutic Cancer Vaccines) 현황과 전망 가. 암 치료용 백신 개념 나. 암 치료용 백신의 분류와 특징 다. 암 백신 시장현황 라. 암 치료용 백신 연구개발 동향 마. 암 질환 극복을 위한 국내외 정책 동향 A) 한국 B) 미국 C) 일본 D) 중국 E) EU (3) 개인 맞춤형 암백신(Personalized Cancer Vaccines) 가. 기술 정의 나. 실현 시기 다. 요소 기술 A) 종양특이 및 네오항원 탐지 기술 B) RNA 기반 암 백신 설계·생산 기술 C) 펩타이드 기반 암 백신 설계·생산 기술 D) 개인맞춤형 최적 백신 설계·생산·품질평가 플랫폼 구축 E) 개인맞춤형 암 백신 라이브러리 구축 라. 주요 이슈 마. 기대 효과 바. 필요 사항 사. 기술 개발 동향 5) 차세대 백신 관련 특허동향 분석 (1) 차세대 백신 제작용 핵심 소재 가. 개념 정의 나. 분류 다. 해외 플레이어 특허 동향 A) 연도별 출원 동향 B) 국가별 출원 동향(건수) 라. 국내 플레이어 특허 동향 A) 연도별 출원 동향 B) 국가별 출원 동향(건수) (2) 차세대 백신 전달 및 제형 소재 가. 정의 나. 중요성 다. 기술별 분류 라. 기술 개발 이슈 마. 해외 플레이어 특허 동향 A) 연도별 출원 동향 B) 국가별 출원 동향(건수) 바. 국내 플레이어 특허 동향 A) 연도별 출원 동향 6) 백신 시장현황과 전망 (1) 시장의 개요 (2) 시장 규모 및 전망 (3) 백신 경쟁 현황 가. 해외 나. 국내 (4) 지질 나노입자(LNP) 시장규모 및 전망 가. 세계 시장 나. 국내 시장 제 4장 레드 바이오 주요기술(Ⅱ) -신경정신 약물·조율기술/유전자 치료제- 1. 치료용 신경정신 약물개발 동향 1) 사이키델릭 의약품 (1) Mind-altering medicine으로 사이키델릭 의약품 주목 (2) 글로벌 사이키델릭 치료제 개발현황 가. 신경정신질환 시장의 급성장 나. 글로벌 사이키델릭 치료제 개발 활발 (3) 의료용 대마 가. 대마, 의약품 원료로 '탈바꿈' 나. 국내 기업 동향 A) 유한건강생활/인벤티지랩 B) HLB생명과학/네오켄바이오 C) 씨티씨바이오 D) 크리스탈/파미노젠 2) 시냅스 신경과학 최근 연구동향 (1) 시냅스 관련 연구 가. 기억저장소 나. 가소성 다. 비신경세포 라. 접합단백질 (2) 시냅스와 뇌 질환 연구 가. 시냅스와 알츠하이머병 나. 시냅스와 파킨슨병 다. 시냅스와 조현병 라. 시냅스와 자폐증 (3) 결론 3) 장마이크로바이옴 기반 뇌신경질환 기전 및 치료제 연구동향 (1) 마이크로바이옴-장-뇌 축(Microbiome-gut-brain axis, MGBA) 연구 (2) 마이크로바이옴 기반 뇌신경질환치료제 연구 동향 가. 뇌신경질환과 마이크로바이옴과의 상관성 연구 나. 마이크로바이옴 기반 뇌신경질환치료제 개발 동향 2. 비침습적 신경조율기술과 디지털 정신관리 솔루션활용 현황 1) 비침습적 신경조율기술(Non-invasive neuromodulation) (1) 기술 정의 (2) 실현 시기 (3) 요소 기술 가. 비약물/국소 신경망 선택적 자극 기술 나. 생체, 뇌신호 분석 기술 다. 세포 특이성 기술 (4) 주요 이슈 (5) 기술 개발 동향 (6) 기대 효과 (7) 필요 사항 2) 디지털 정신건강관리 솔루션의 활용 현황과 전망 (1) 코로나19와 정신건강서비스 변화 (2) 국내외 디지털 정신건강관리 솔루션 현황 (3) 디지털 정신건강관리의 전망과 준비 가. 디지털 정신건강관리 솔루션 활용 전략 나. 디지털 정신건강관리 제공 모델 발굴 및 제공체계 확보 필요 3) 정신건강관리 시스템 디지털 헬스 테크놀로지 기술·산업 동향 (1) 기술 동향 가. 디지털 기술 발전에 따른 의료 서비스의 변화 나. 정신 건강 관리 분야의 디지털 기술과 플랫폼을 통한 혜택 (2) 산업 동향 가. 주요 기업 투자 현황 나. 주요 기업 소개 A) SilverCloud B) AKILI C) Click Therapeutics D) BehaVR 다. 기업간 제휴를 통한 서비스 접근성 확대 라. 기업간 제휴를 통한 기술 개선 및 상용화 지원 사례 마. 기업간 M&A를 통한 제품 포트폴리오 확대 바. 주요 특허 동향 (3) ‘이즈니스-D(Isness-D)’ 가상현실(VR) 프로그램 (4) 국내, 경두개직류자극술 '마인드스팀' (5) 디지털 정신 건강관리 산업의 성장 동인 및 당면 과제 3. 글로벌 세포·유전자 치료제 혁신연구와 투자현황 1) 임상 적용 가능 유전자편집기술(Clinical grade gene editing) (1) 기술 정의 (2) 실현 시기 (3) 요소 기술 가. 크리스퍼 넉인(CRISPR Knock-in) 시스템을 이용한 유전자 코딩영역(CDS) 삽입 기술 나. 리보핵단백질(Ribonucleoprotein, RNP) 시스템을 이용한 유전자 전달 기술 다. 병든 세포를 실험관 내에서 배양시켜 유전자 치료 후 이식하는 Ex-vivo 기술 (4) 주요 이슈 (5) 기술 개발 동향 (6) 기대 효과 (7) 필요 사항 2) 글로벌 세포·유전자 치료제 혁신연구 지원 정책 동향 (1) 미국·EU의 세포·유전자치료제 혁신 연구 지원 정책 가. 미국 ARPA-H(Advanced Research Projects Agency for Health) 나. EU 혁신위원회(European Innovation Council) (2) 세포·유전자치료제 R&D 민관협력 프로그램 가. 미국 맞춤형 유전자치료제 컨소시엄(Bespoke Gene Therapy Consortium, BGTC) 나. EU ARDAT(Accelerating Research & Development for Advanced Therapies) 다. EU T2Evolve 라. 영국 세포·유전자치료제 캐터펄트(Cell & Gene Therapy Catapult) (3) 시사점 3) 글로벌 세포·유전자 치료제 바이오 투자 현황 (1) 세포치료제 가. 인수 나. 시리즈 A 투자 (2) 유전자치료제 가. 인수 나. 시리즈 A 투자 4) 세포치료제 시장동향 (1) 시장 개요 (2) 시장 규모 (3) 경쟁 현황 제 5장 그린 바이오 주요기술 -식품·농업·마이크로바이옴- 1. 그린바이오 산업 육성 전략 1) 그린바이오 산업 현황 (1) 개념 및 범위 (2) 국내외 시장 규모 가. 글로벌 시장 나. 국내 시장 다. 해외 정책동향 2) 국내 그린바이오 산업 진단 (1) 그 간 추진 실적 및 평가 (2) 그린바이오 산업 육성을 위한 시사점 3) 전략별 추진계획 (1) 그린바이오 산업화 촉진 (2) 혁신기술 개발 및 융합형 인력 양성 (3) 그린바이오 산업 생태계 조성 2. 배양육/대체육의 고도화 기술동향 1) 배양육(In Vitro Meat) 기술 및 시장현황 (1) 배양육의 정의 및 필요성 (2) 배양육 기술과 연구현황 가. 배양육 기술 나. 배양육 연구현황 (3) 세포배양육 산업계 동향 및 기업현황 가. 모사미트(Mosa Meat) 나. 멤피스미트(Memphis Meat, `21년 5월에 Upside Foods로 사명 변경) 다. 미트테크(Meatech 3D) 라. 퓨처미트(Future Meat Technologies) 마. 수퍼미트(SuperMeat) 바. 알레프팜스(Aleph Farms) 사. 잇저스트(Eat JUST) 아. 쉬오크미트(Shiok Meats) 자. 와일드타입(WildType) (4) 배양육 기술의 안전성 가. 유전적 불안전성 문제 나. 배지 및 구성성분 등 첨가물에 대한 안전성 문제 (5) 배양육 시장 전망 및 성장요인 2) 식물성 대체식품(대체육) 기술 시장동향 (1) 식물성 고기 (2) 대체식품 원료 및 소재 현황 분석 가. 대두 및 두과작물 나. 곡류 작물 (3) 식물성 대체식품 가공 기술 현황 분석 가. 식육의 근섬유 이방성 모방 기술 나. 식육의 다성분 조합 모방 기술 다. 식육의 향미 라. 식물성 대체육의 유사 육색 형성을 위한 기술 A) 유사 육색 형성을 위한 착안점 B) 시판 중인 주요 식물성 대체육 제품 C) 식물성 대체육의 색 형성에 활용되는 식품첨가물 마. 압출성형공정을 이용한 대체육 제조의 특성 A) 압출성형 대체육 B) 압출성형 대체육의 원료 C) 압출성형 대체육의 적용과 전망 (4) 식물성 대체육 정부 정책 및 규제 현황 (5) 식물성 대체육 시장동향 3) 식용곤충의 기능성 소재 신기술 개발 (1) 대체식품의 정의와 식용곤충 시장 현황 (2) 식용곤충의 소재화 신기술 개발 현황 가. 원재료를 활용한 소재화 기술 나. 단백질 소재화 기술 (3) 기능성 소재로서의 식용곤충의 이용 가. 항산화 활성 나. 항균 활성 다. 항고혈압 활성 라. 기타 생리 활성 3. 식물광합성 효율촉진과 작물 개선 기술동향 1) 식물공장 시장 및 기술동향 2) 식물의 광합성 효율 촉진을 통한 작물 생산성 향상 3) 작물 개선과 미래 농업을 위한 유전체 공학기술 (1) 식물 유전체 편집기술 가. 식물 유전체 편집을 위한 일반적인 과정 나. 유전체 편집에 의한 식물 유전자 조작 (2) 차세대 식물 육종 기술 가. 직접 돌연변이와 정밀 육종 나. 다중 유전자 편집과 형질 스태킹 다. QTL의 편집 라. 새로운 순화 마. 반수체 유도와 인공 무배우 생식 바. 형질 발견을 위한 대규모 스크리닝 4. 생태계 마이크로바이옴 연구동향과 미래 1) 해양 마이크로바이옴 연구 (1) 해양생물-마이크로바이옴 상호작용 이해 연구 가. 해외 연구 현황 나. 국내 연구 현황 (2) 마이크로바이옴 활용 기술 개발 연구 가. 프로바이오틱스 개발 연구 나. 생리활성 물질 개발 연구 다. 해양 환경 및 생태계 기능 연구 라. 해양생물의 내외부 공생 마이크로바이옴 연구를 통한 신생명 기능 규명 2) 동물/축산 마이크로바이옴 연구·기술 동향 (1) 마이크로바이옴 기술개발 배경 및 필요성 (2) 동물 마이크로바이옴 분야 시장 동향 (3) 해외 동물 마이크로바이옴 기술개발 동향 가. 동물 마이크로바이옴 특허동향 A) 출원 국가별 특허 동향 B) 기술 분야별 출원 점유율 나. 친환경 축산을 위한 동물 마이크로바이옴 연구동향 (4) 국내 동물 마이크로바이옴 기술개발 동향 3) 식물 마이크로바이옴 엔지니어링 관련 기술 (1) 식물 마이크로바이옴 엔지니어링 기술 (2) 국내 식물 마이크로바이옴에 대한 연구 동향 (3) 산림 마이크로바이옴 (4) 생물비료 산업에서의 식물 마이크로바이옴 기술 부상 4) 토양과 농업 마이크로바이옴 연구동향 (1) 토양 미생물과 농업 마이크로바이옴 가. 토양 미생물의 근권(rhizosphere) 나. 근권 효과(The Rhizosphere Effect) 다. 토양 정균작용(Soil Fungistasis) 라. 토양 매개 유산(The Soil-Borne Legacy) 마. 토양에 의한 우위(The Soil-Borne Supremacy) 바. 토양의 정체성(The Soil-Borne Identity) 사. 분자 식물(Molecular Plant) (2) 해외 농업 분야 마이크로바이옴 연구 (3) 국내 농업 분야 마이크로바이옴 연구 (4) 토양 마이크로바이옴(Biocrusts microbiome) 가. 기술 정의 나. 실현 시기 다. 요소 기술 A) 마이크로바이옴-토양 상호작용 기반 시스템 구축 기술 B) 마이크로바이옴 대규모 배양 및 대용량 배양 기술 C) 마이크로바이옴을 통한 지구환경 및 토양 생태시스템 제어 기술 라. 주요 이슈 마. 기술 개발 동향 바. 기대 효과 사. 필요 사항 제 6장 화이트 바이오 주요기술 -합성 생물학·환경오염 물질분해- 1. 합성생물학과 화이트 바이오산업 동향 1) 합성생물학과 화이트 바이오 현황 (1) 인공 유전자 클러스터 (2) 바이오파운드리와 인공지능 (3) 인공미생물과 최소유전체 (4) 합성생물학과 지속가능성(Sustainability) 2) 합성생물학 적용 미생물공장(Synthetic microbial factory) (1) 기술 정의 (2) 실현 시기 (3) 요소 기술 가. 생합성 대사경로 발굴 및 미생물 내 발현 기술 나. 바이오파운드리 기반 합성생물학 기술 (4) 주요 이슈 (5) 기대 효과 (6) 기술 개발 동향 (7) 필요 사항 3) 국내외 화이트바이오 제품 개발동향 (1) 국내 화이트바이오 제품 동향 (2) 해외 화이트바이오 제품 동향 2. 합성생물학과 바이오제조 기술 산업동향 1) 합성 생물학 (1) 합성생물학 개념 (2) 합성생물학 R&D의 중요성 가. 미국 나. 영국 다. 중국 라. 국내 2) 합성생물학 제품·서비스 동향 (1) 바이오의약 부문 가. 해외 나. 국내 (2) 농·식품 부문 가. 해외 나. 국내 (3) 재생에너지 부문 가. 해외 나. 국내 3) 합성생물학 기술 분류별 특허분석 (1) 주요시장국별 세부 기술 현황 (2) 바이오 의약 (3) 농·식품 (4) 재생에너지 (5) 주요 특허리스트 4) 글로벌 상위 10대 합성생물학 기업 5) 바이오제조 산업 동향 (1) 미생물 기반 바이오 제조 산업 동향 가. 미생물 기반 제조의 역사적 흐름 나. 글로벌 미생물 발효 시장규모 다. 미생물 발효 바이오제조 기업 라. 미생물 발효 기반 신규기업 (2) 세포유전자치료제 중심 바이오제조 동향 (3) 바코드 미생물(Barcoded Microbes)을 활용한 식품의 이동경로 추적 3. 환경오염 물질 분해와 마이크로바이옴 관련 연구동향 1) 미생물 빅데이터 기반 수생태계 건강성 평가기술 (1) 수생태계 건강성 평가 (2) 기존 방법론의 한계 및 극복 방안 (3) 최근 주요 연구 현황 및 방향 가. 이화학적 수질과 수생태계 건강성과의 관계 나. 수생태계 건강성 지표로서의 마이크로바이옴 다. 마이크로바이옴 빅데이터의 환경분야 활용 방향 2) 환경오염 물질 분해 마이크로바이옴 연구개발 (1) 환경오염 문제에 대한 심각성 증대 (2) 환경오염 물질 분해에 있어 마이크로바이옴의 중요성 (3) 연구개발 동향 및 전망 가. 환경오염 물질에 의한 미생물 군집의 변화 분석 나. 환경오염 물질 분해에 관여하는 마이크로바이옴 다. 플라스틱 분해 미생물의 선별 및 활용 라. 플라스틱 업사이클링을 위한 마이크로바이옴의 활용 연구 (4) 결론 4. 미세플라스틱 분해 및 대체물질 연구동향과 영향평가 1) 미세플라스틱으로 인한 환경오염 및 영향 (1) 해양 환경 (2) 육상 환경 (3) 기타 : 극지방 2) 미세플라스틱의 노출 및 영향 연구 동향 (1) 미세플라스틱 노출 (2) 미세플라스틱의 독성 3) 생물학적(효소적) 플라스틱 분해 연구동향 (1) PET 플라스틱 가. PET 플라스틱 특징 나. Cutinase 다. PETase (2) PET 분해효소 개량 가. ThermoPETase 나. 큐티네이즈 개량 다. DuraPETase 라. HotPETase 마. FAST-PETase (3) PU 플라스틱 가. PU 플라스틱 분해 (4) 올레핀계 플라스틱 가. 올레핀계 플라스틱 분해 미생물 나. 올레핀계 플라스틱 분해 효소 (5) PS 플라스틱 가. PS 플라스틱 분해 4) 미생물을 이용한 바이오플라스틱 생산 (1) PHAs (2) PHA의 생산 (3) PHA 생산의 주요 단점 (4) 지속가능한 PHA 생산 및 산업 활성화를 위한 원료 (5) PHA 바이오플라스틱 관련 최신 연구 현황 가. PHA 나노복합재 나. PHA 하이브리드 중합체 다. 항암치료 및 약물전달용 PHA 나노수송체 5) 리그노셀룰로오스 바이오매스 기반 바이오플라스틱 (1) 리그노셀룰로오스 바이오매스의 구성 가. 셀룰로오스((C6H10O5)n) 나. 헤미셀룰로오스((C5H8O5)n) 다. 리그닌(C9H10O2(OCH3)n) (2) 리그노셀룰로오스 바이오매스 원료 (3) 리그로셀룰로오스 바이오매스를 이용한 바이오플라스틱 생산 가. Lignin conversion route A) 전처리(pretreatments) B) 당화(saccarification) C) 발효(Fermentation) 나. Cellulose conversion route A) 탈리그닌화와 헤미셀룰로스 제거(delignification and hemicellulose removal) B) 셀룰로오스 추출(extraction of cellulose) C) 표면개질 (surface modification of cellulose) (4) 리그노셀룰로오스 기반 바이오플라스틱의 응용 가. Polylactic acid(PLA) 나. Polyurethanes(PU) 다. Bio-polyethylene(bio-PE) 라. Starch based nanocellulosic composites 6) 미세플라스틱의 건강 및 생체영향 평가(Microplastics biomonitoring) (1) 기술명 (2) 실현 시기 (3) 요소 기술 가. 미세플라스틱 모니터링 기술 나. 미세플라스틱의 건강영향 평가 기술 (4) 주요 이슈 (5) 기술 개발 동향 (6) 기대 효과 (7) 필요 사항 도표/그림 목차

바이오산업은 생산기술과 연구개발(R&D) 역량은 물론 장기 협업 체계 구축을 위한 업계 내 신뢰·평판 구축이 필수적이다. 천문학적 투자비용에도 성공 가능성이 높지 않아 진입장벽이 높은 대표적 분야이지만, 국내 바이오산업은 제약 산업을 필두로 기술수출 등의 구체적인 성과를 창출하고 있다. 바이오 업계 시장조사기관인 아이큐비아에 따르면 글로벌 제약 시장은 2021년 기준 1조 4200억 달러 규모이며, 바이오 시장은 매년 약 3~6%씩 성장해 2026년에는 1조 8000억 달러에 이를 전망이다. 레드 바이오(보건의료)는 생명공학이 의·약학 분야에 응용된 개념으로, 바이오에서 가장 큰 비중을 차지하는 바이오 의약 시장은 세포 및 유전자 치료제와 같은 바이오 신약 개발이 시장을 견인하며 연평균 8.4%씩 성장하고 있다. KISTI 2023년 바이오 미래유망기술을 통해 선정된 플랫폼 바이오(기초ㆍ기반) 분야에서는 세포 정밀 이미징/시퀀싱, 차세대 유전체 합성(NGW), 후성유전체 편집기술, 세포 역노화 기술이 선정되었다. 특히 차세대 유전체 합성은 생명체의 DNA를 설계하고 이를 신속 정확하게 대량으로 합성해 인류가 직면한 기술적 한계를 극복할 것으로 전망되었다. 그린 바이오(바이오 농업)는 생명 자원 및 정보에 생명공학 기술을 적용해 농업, 식품, 자원 등에서 다양한 부가가치를 창출하는 분야로, 농업 생태계에 미치는 영향을 고려한 마이크로바이옴, 고령화 및 식량 부족을 타개하기 위한 대체식품 시장이 존재한다. 그린 바이오는 고부가가치 산업으로 시장규모가 2020년 기준 1억 2000억 달러에서 2027년이면 1조 9000억 원에 이를 전망이다. 더불어 화이트 바이오(바이오화학/환경)는 재생 가능한 식물 자원을 원료로 화학제품 또는 바이오 연료 등의 물질을 생산하는 기술이다. 합성생물학·대사공학도 화이트바이오의 주류이며, 최근 탄소중립 달성을 위한 바이오 연료와 바이오 플라스틱 시장이 주목받고 있다. 이에 본원 R&D정보센터에서는 자국의 기술 장벽을 높여가는 글로벌 환경에 맞서 혁신기술을 발굴하고 확보하는데 도움이 되고자 관련 기관들의 분석 정보자료를 토대로「미래 바이오 시장？기술 R&D 전략 -플랫폼/레드/그린/화이트 바이오」를 발간하였다. 본서는 총6장으로 구성되었으며, 플랫폼 바이오/레드 바이오/그린 바이오/화이트 바이오의 유망기술과 주요동향을 다루었다. 본서가 학계·연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다. 2023. 6.