생물공학은 발효공업의 발전에 따라 신기술을 도입하면서 발달해왔다. 생물공학의 역사를 주요 생산물을 중심으로 알아보자.
1. 1900년대까지
1900년대까지는 과실주, 식초, 빵 등 주로 식품공업을 중심으로 한 전통적인 발효식품이 산업적 생산을 하면서 기초적인 발효공학 기술이 확립됐다. 지금도 이 분야는 발효공학, 양조학에서 많이 다루고 있다.
2. 1900~1970년대
1923년 미국 파이저(Pfizer)에서 ‘아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)’를 이용해 구연산을 발효 생산한 후, 미생물에 의해 유기산을 산업적으로 만들어낼 수 있는 계기가 마련됐다. 그리고 28년에 플레밍이 항생물질 중 하나인 페니실린을 발견했다. 플레밍의 페니실린 발견은 생물공학에서 획기적인 전환점을 마련했다. 이후 여러 회사에서 항생물질을 대량 생산할 수 있는 기틀을 마련했다. 40년대에는 ‘스트렙토미세스 그리세우스(Streptomyces griseus)’균에 의한 스트렙토마이신 생산과 더불어 많은 항생제가 개발되기 시작했다. 또한 유기질 발효와 함께 셀룰라아제, 펙티나아제 등의 효소제가 개발되었다.
50년대에는 항생제가 광범위하게 개발되고 이용됐다. 또한 글루탐산·리신의 발효 생산으로 아미노산 발효공업이 발달하고 사료용 단세포단백질의 생산, 미생물을 이용한 생물화학적 반응에 의한 비타민·아미노산·스테로이드의 생산이 가능해졌다. 60년대에는 포도당을 원료로 포도당 이성질화 효소를 작용시켜 고농도의 액상과당을 생산하면서 설탕의 대체품으로 식품공업 발달에 크게 기여했다. 70년대에는 다양한 효소제, 항생제의 개발과 더불어 당뇨병 치료제인 인슐린, 성장호르몬, 항암제인 인터페론 등 의약품을 생산하기 시작했다.
3. 1980~현재
80년대 이후 생물공학은 과거 연구를 바탕으로 다양한 분야에 응용되고 있다. 의약 분야에서는 노화현상의 해명과 노화조절제 개발, 항암제와 각종 백신, 에이즈(AIDS) 치료제 등의 개발에 역점을 두고 있으며, 임상진단용 시약 개발 및 인공장기의 설계와 제작, 생산에 관한 연구도 활발하다. 발효공업과 식품공업 분야에서는 이전의 비교적 분자량이 작은 화합물 생산에서 점차 생리활성을 갖는 고분자물질의 생산으로 전환되고 있다. 유전학 분야에서는 학문이 발달함에 따라 생물의 유전정보가 하나씩 밝혀지고 있다. 세포융합, 유전자조작에 의해 예전보다 훨씬 뛰어난 세포를 육종하고 대량 배양하게 되었다.
이 밖에도 화학공업 분야, 에너지 분야, 농업 분야뿐 아니라 조직배양에 의한 유용물질 생산, 환경오염과 폐수처리 등 여러 분야에 많은 관심을 가지고 연구하고 있다.
문제) 생물공학은 매우 광범위한 분야이고, 그 기술은 지금도 꾸준히 발전하고 있다. 21세기 인류의 생존을 위해 생명공학을 발전시켜야 할 이유와 그 전망을 제시하시오.
예시답안) 첫째, 생명공학은 질병의 원인을 해명하고 진단이나 치료에 이용되고 있다. 생물의약품 생산이 크게 증가해 유전병의 진단과 치료, 암의 조기 진단과 유전자 치료에 응용되고 있다. 인간 게놈 연구가 진행돼 이를 응용한 유전자치료법, DNA칩, 형질전환 동물을 이용한 생리활성물질 생산 등의 산업화 기술이 발전된 것이다.
둘째, 기상이변과 사막화, 산성비, 환경오염 등으로 농업 생산성이 크게 떨어지는 데 비해, 2050년 90억명에 이를 것으로 추정되는 세계 인구 증가로 초래될 전 세계적 식량부족 사태를 극복하는 데 유전공학을 이용할 수 있다. 유전자변형식품(GMO)은 벌써 식량문제의 대안으로 떠오르고 있다.
셋째, 석유자원의 이용으로 야기된 환경오염 문제와 부존자원의 감소로 초래될 에너지 부족 문제 역시 생물공학에서 해결책을 얻을 수 있다. 유전자 재조합 미생물을 통해 폐기물을 분해하는 환경정화 기술과 메탄·알코올과 같은 대체 에너지원은 생물공학 기술에 크게 의존하게 될 것이다.
1. 1900년대까지
1900년대까지는 과실주, 식초, 빵 등 주로 식품공업을 중심으로 한 전통적인 발효식품이 산업적 생산을 하면서 기초적인 발효공학 기술이 확립됐다. 지금도 이 분야는 발효공학, 양조학에서 많이 다루고 있다.
2. 1900~1970년대
영국의 세균학자 알렉산더 플레밍은 휴가 때 방치해둔 박테리아 배양액 접시에서 곰팡이가 무성한 부분에는 박테리아가 사라져버린 것을 보고 감염에 대항하는 물질을 발견했다. 이 발견은 페니실린 이용으로 이어졌다.
50년대에는 항생제가 광범위하게 개발되고 이용됐다. 또한 글루탐산·리신의 발효 생산으로 아미노산 발효공업이 발달하고 사료용 단세포단백질의 생산, 미생물을 이용한 생물화학적 반응에 의한 비타민·아미노산·스테로이드의 생산이 가능해졌다. 60년대에는 포도당을 원료로 포도당 이성질화 효소를 작용시켜 고농도의 액상과당을 생산하면서 설탕의 대체품으로 식품공업 발달에 크게 기여했다. 70년대에는 다양한 효소제, 항생제의 개발과 더불어 당뇨병 치료제인 인슐린, 성장호르몬, 항암제인 인터페론 등 의약품을 생산하기 시작했다.
3. 1980~현재
80년대 이후 생물공학은 과거 연구를 바탕으로 다양한 분야에 응용되고 있다. 의약 분야에서는 노화현상의 해명과 노화조절제 개발, 항암제와 각종 백신, 에이즈(AIDS) 치료제 등의 개발에 역점을 두고 있으며, 임상진단용 시약 개발 및 인공장기의 설계와 제작, 생산에 관한 연구도 활발하다. 발효공업과 식품공업 분야에서는 이전의 비교적 분자량이 작은 화합물 생산에서 점차 생리활성을 갖는 고분자물질의 생산으로 전환되고 있다. 유전학 분야에서는 학문이 발달함에 따라 생물의 유전정보가 하나씩 밝혀지고 있다. 세포융합, 유전자조작에 의해 예전보다 훨씬 뛰어난 세포를 육종하고 대량 배양하게 되었다.
이 밖에도 화학공업 분야, 에너지 분야, 농업 분야뿐 아니라 조직배양에 의한 유용물질 생산, 환경오염과 폐수처리 등 여러 분야에 많은 관심을 가지고 연구하고 있다.
문제) 생물공학은 매우 광범위한 분야이고, 그 기술은 지금도 꾸준히 발전하고 있다. 21세기 인류의 생존을 위해 생명공학을 발전시켜야 할 이유와 그 전망을 제시하시오.
예시답안) 첫째, 생명공학은 질병의 원인을 해명하고 진단이나 치료에 이용되고 있다. 생물의약품 생산이 크게 증가해 유전병의 진단과 치료, 암의 조기 진단과 유전자 치료에 응용되고 있다. 인간 게놈 연구가 진행돼 이를 응용한 유전자치료법, DNA칩, 형질전환 동물을 이용한 생리활성물질 생산 등의 산업화 기술이 발전된 것이다.
둘째, 기상이변과 사막화, 산성비, 환경오염 등으로 농업 생산성이 크게 떨어지는 데 비해, 2050년 90억명에 이를 것으로 추정되는 세계 인구 증가로 초래될 전 세계적 식량부족 사태를 극복하는 데 유전공학을 이용할 수 있다. 유전자변형식품(GMO)은 벌써 식량문제의 대안으로 떠오르고 있다.
셋째, 석유자원의 이용으로 야기된 환경오염 문제와 부존자원의 감소로 초래될 에너지 부족 문제 역시 생물공학에서 해결책을 얻을 수 있다. 유전자 재조합 미생물을 통해 폐기물을 분해하는 환경정화 기술과 메탄·알코올과 같은 대체 에너지원은 생물공학 기술에 크게 의존하게 될 것이다.
