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[IT동아 한만혁 기자] 온디맨드바이오(OnDemandBio)는 합성생물학과 정밀발효 기술로 바이오 소재를 개발 및 생산하는 바이오테크 기업이다. 핵심 기술은 미생물 유전체의 특정 위치를 정확히 찾아 자르고 개량하는 CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술이다. 이를 활용해 생산성과 안전성을 높인 생산 균주(목표 물질을 만들도록 개량한 미생물)를 개발한다.

온디맨드바이오는 직접 생산한 바이오 소재를 기반으로 식품, 뷰티, 헬스케어 등의 분야로 사업 영역을 확장하고 있다. 이를 바탕으로 연구개발 기업에서 바이오 제조기업으로 성장하고, 수입에 의존하던 고부가가치 바이오 소재를 국내에서 생산해 해외 시장에도 공급하는 것이 목표다.

온디맨드바이오는 설립 이후 예비창업패키지와 초기창업패키지, 민간투자주도형 기술창업지원(TIPS) 프로그램 등에 선정됐으며, 올해 초 시드 투자를 유치하고 현재 시드 브릿지 투자 라운드를 진행 중이다. 서승오 온디맨드바이오 대표를 만나 온디맨드바이오와 합성생물학, 정밀발효 기술에 대해 이야기를 나눴다.

합성생물학·정밀발효 20년 연구, 교원창업으로 소재 직접 생산 나서

주요 이력과 연구 분야를 소개한다면?

성균관대학교에서 식품생명공학 학사, 서울대학교에서 같은 분야 석사 학위를 받고, 미국 일리노이대학교 어바나샴페인캠퍼스(UIUC)에서 박사 학위를 취득했다. 이후 미네소타대학교 생명공학연구소에서 박사후 연구원으로 일했다. 2023년부터는 서울과학기술대학교(서울과기대) 식품생명공학과 교수로 재직하며 첨단정밀발효연구실을 이끌고 있다.

주요 연구 분야는 합성생물학, 정밀발효 기술이다. 합성생물학은 미생물의 유전자와 대사경로(생명체 안에서 물질이 만들어지고 바뀌는 화학반응의 흐름)를 설계해 원하는 물질을 만드는 기술이고, 정밀발효는 이렇게 개량한 미생물을 배양해 목표 물질을 산업 규모로 생산하는 기술이다. 쉽게 말하면 효모나 유산균 같은 미생물을 우리가 원하는 물질을 만드는 '작은 바이오 공장'으로 바꾸는 연구다.

특히 미생물의 유전정보와 대사경로를 정밀하게 제어해 그동안 생산하기 어려웠던 단백질, 기능성 소재 등 식품, 뷰티, 헬스케어 산업용 고부가가치 소재를 효율적으로 만드는 데 집중했다. 또한 유전자 가위를 활용한 미생물 개량부터 발효 기반 효소, 비타민, 화장품 용매, 바이오 연료 생산까지 다양한 연구를 수행했다.

20년 이상의 연구를 통해 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications), 미국국립과학원회보(PNAS) 등 과학인용색인(SCI)급 국제학술지(인용도와 영향력을 인정받아 국제 데이터베이스에 등재된 학술지)에 논문 45편 이상을 게재했고, 국내외 학술대회에서 42건 이상의 연구 성과를 발표했다. 또한 다수의 국내외 특허를 출원 및 등록했으며, 기술이전도 여러 차례 진행했다.

바이오 소재 인허가, 기술사업화, 기업 기술성 평가 분야에서도 전문성을 쌓았다. 식품의약품안전처 심사위원으로 신규 바이오 소재 안전성 심사와 규제 대응을 경험했고, 신기술 인증, 기술특례상장 예비심사위원으로도 활동하고 있다. 정부 부처와 협회 전문위원으로 참여하며 바이오 기술 사업성과 산업적 가치를 평가하는 업무도 수행했다.

온디맨드바이오를 창업한 계기는 무엇인가?

식품, 뷰티, 헬스케어 분야의 고부가가치 바이오 소재 중에는 해외 수입에 의존하거나 식물과 동물에서 추출하고 화학적으로 합성하는 소재가 많다. 그만큼 원료 수급과 가격 변동에 많은 영향을 받고, 생산 과정에서 환경적인 부담도 발생한다. 그런데 합성생물학과 정밀발효를 활용하면 미생물이 원하는 소재를 만들도록 설계하고 배양기를 통해 안정적으로 생산할 수 있다. 최근 글로벌 바이오 산업의 관심도 ‘무엇을 발견할 것인가’에서 ‘필요한 물질을 어떻게 설계하고 생산할 것인가’로 확대되고 있다.

이에 그동안 연구한 기술이라면 해외에 의존하던 고부가가치 바이오 소재를 국내에서 직접 개발하고 생산할 수 있겠다고 판단했다. 하지만 좋은 연구 성과가 실제 제품이나 산업으로 이어지기까지는 긴 시간이 필요하다. 실제 국내외 기업에 여러 차례 기술을 이전했지만 상용화 속도는 생각보다 더뎠다. 그래서 연구실에서 확보한 기술을 실제 산업이 필요로 하는 소재로 직접 만들어보자는 생각에 2025년 9월 온디맨드바이오를 설립했다.

사실 창업은 대학원 시절부터 생각했다. 창업 교육을 꾸준히 듣고, 기술 개발 포트폴리오도 차근차근 쌓으며 준비했다. 연구실 기술을 바탕으로 실험실 창업 페스티벌에 도전해 최우수상을 받기도 했다.

온디맨드바이오는 어떤 회사인가?

온디맨드바이오는 시장과 고객이 원하는 수요 맞춤형 바이오 소재를 합성생물학과 정밀발효 기술 기반으로 생산 및 공급하는 바이오테크 기업이다. 합성생물학 기술을 활용해 원하는 물질을 생산하는 미생물을 만들고, 정밀발효를 통해 이를 실제 산업에서 사용할 수 있는 소재로 생산한다. 연구실의 기술과 기능성 소재를 실제 산업에 적용하고, 더 많은 소비자가 첨단 바이오 기술의 가치를 일상에서 경험하도록 하는 것이 온디맨드바이오의 목표다. 사명은 수요 맞춤형을 뜻하는 ‘온디맨드(On-demand)’와 바이오(Bio)를 결합한 것으로, 시장과 고객이 필요로 하는 바이오 소재를 필요한 방식으로 만들어 공급한다는 의미를 담고 있다.

현재 식품, 뷰티, 헬스케어 분야를 중심으로 사업을 진행하고 있다. 그동안 다양한 소재를 개발하며 기술 가능성을 검증했고, 사업성과 기술적 진입장벽을 고려해 천연 색소, 풍미증진제, 기능성식품 원료, 비타민, 생균치료제 후보를 핵심 파이프라인으로 집중 육성하고 있다.

유전자 가위로 생산 균주 개량, 그린·화이트·레드바이오로 사업 확장

온디맨드바이오만의 핵심 기술은 무엇인가?

핵심은 미생물의 유전정보를 정밀하게 설계하고 개량하는 CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술이다. 미생물로 특정 물질을 만들려면 그 물질을 만드는 데 필요한 유전자를 넣거나 기존 대사경로를 조절해야 한다. 그런데 산업적으로 유용한 미생물이라도 유전자를 다루는 기술이 충분히 개발되지 않은 경우가 많아 균주를 개량하는 데 많은 시간과 비용이 소요된다.

기존에는 플라스미드(미생물 세포 안에 염색체와 별도로 존재하는 작은 고리 모양 DNA)에 외래 유전자를 넣어 미생물에 도입하는 방식을 주로 썼다. 하지만 이 방식은 도입한 유전자를 안정적으로 유지하기 위해 항생제 내성 유전자 같은 선택표지를 넣거나 항생제를 투입해야 하는 경우가 있다. 오래 배양하면 플라스미드가 사라지거나 유전자 발현량이 들쭉날쭉해지는 문제도 생긴다. 플라스미드를 복제하고 외래 유전자를 발현하는 과정이 미생물에 부담을 줘 생장과 생산성이 떨어지기도 한다.

CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술은 미생물 유전체의 원하는 위치에서 특정 유전자를 없애거나 바꿀 수 있고, 필요하면 목표 유전자를 유전체에 직접 끼워 넣을 수 있다. 덕분에 플라스미드에 의존하지 않는 안정적인 생산 균주를 만들 수 있고, 항생제 없이도 원하는 유전 형질을 유지할 수 있다. 미생물이 원래 가진 대사경로를 조절하고 불필요한 부산물이 생기는 경로를 없애 목표 물질의 생산성을 높일 수 있다는 점도 장점이다.

미국 일리노이대학교 재학 시절부터 이 기술을 산업용 미생물에 적용하는 연구를 했다. 2016년 국제학술지 ACS 신세틱 바이올로지(ACS Synthetic Biology)에 발표한 연구에서는 산업적으로 중요한 클로스트리디움(Clostridium) 균주에 CRISPR/Cas9를 적용해 유전자 제거, 삽입, 단일 염기 변형 등 다양한 편집이 가능하다는 것을 처음으로 입증했다. 2017년 바이오테크놀로지 저널(Journal of Biotechnology)에는 김치 유래 유산균인 류코노스톡(Leuconostoc) 균주에 유전자 가위를 적용해 불필요한 플라스미드를 선별적으로 제거한 연구를 발표했다. 이는 유산균을 유전공학적으로 개량하는 기반 기술을 확보한 것으로, 식품 산업용 균주 개발에 의미 있는 성과였다.

2022년에는 국제학술지 푸드(Foods)에 한국 전통 누룩에서 분리한 야생 효모의 유전체를 편집해 전통주 발효 과정에서 생길 수 있는 발암성 물질 에틸 카바메이트(Ethyl carbamate)의 생성량을 줄인 연구를 발표했다. 자연에서 유용한 미생물을 직접 찾아내고, 그 미생물에 적합한 유전체 편집 기술을 확립한 뒤 산업에 유용한 특성을 갖도록 개량한 사례다. 이는 유전자 가위 기술이 생산성 향상뿐 아니라 식품의 안전성과 품질을 개선하는 산업용 종균 개발에도 쓰일 수 있음을 보여 준 것이다.

이러한 연구를 통해 서로 다른 산업용 미생물에 CRISPR/Cas9 기술을 적용한 경험과 노하우를 쌓았다. 지금은 프로바이오틱스, 효모, 버섯, 곰팡이 등 유전자 가위 기술을 고도화해 고부가가치 바이오 소재 개발에 활용하고 있다. 특정 소재를 만드는 데 그치지 않고 원하는 소재를 더 효율적이고 안정적으로 생산하도록 미생물 자체를 정밀하게 설계하는 것, 이것이 온디맨드바이오의 핵심 경쟁력이다.

온디맨드바이오의 주요 사업 분야는?

주요 사업 분야는 ▲식품, 농업 분야의 그린바이오 ▲화장품, 화학 소재 분야의 화이트바이오 ▲제약, 헬스케어 분야의 레드바이오다. 온디맨드바이오는 각 영역을 단계적으로 확장하고자 한다. 상대적으로 시장 진입이 빠른 식품 및 뷰티 소재에서 초기 매출과 사업화 경험을 확보하고, 이를 바탕으로 생산 규모를 키운 뒤 기술 집약도가 높고 파급력이 큰 생균치료제 분야로 진출한다는 전략이다.

그린바이오 분야에서는 천연 색소, 풍미증진제, 균체 단백질(미생물 자체를 원료로 한 단백질) 등 기능성 식품 원료와 식품, 사료 첨가물을 핵심 소재로 육성한다. 기능성 효모와 미생물 배양물을 활용한 소비자 제품도 사업화하고 있다.

다음 단계에서는 화이트바이오 분야의 고부가가치 바이오 소재 생산을 확대할 계획이다. 대표적인 소재는 천연 화장품 원료다. 피부 노화 관리 화장품에 쓰이는 비타민, 테르펜, 폴리아민, 핵산 등을 미생물 정밀발효로 생산하는 기술을 개발했다. 향후 생산 균주 개량, 발효공정 최적화, 생산 규모 확대를 통해 화장품 원료 시장에서 가격 경쟁력과 안정적인 공급 역량을 확보할 계획이다.

장기적으로는 레드바이오 분야에서 생균치료제 개발을 추진하고자 한다. 생균치료제는 살아 있는 미생물로 질병을 예방하거나 치료하는 차세대 바이오의약품이다. 대사질환과 관련된 기능성 프로바이오틱스를 핵심 소재로 정하고 효과 검증과 비임상 개발을 위한 연구를 진행하고 있다. 현재 중소벤처기업부 TIPS 연구개발 과제로 기술을 고도화하고 있다.

바이오 산업에서도 인공지능(AI) 활용이 확대되고 있다. 온디맨드바이오의 AI 기술 활용 계획은?

정밀발효의 산업 경쟁력을 좌우하는 요소 중 하나가 생산성이다. 같은 미생물이라도 어떤 유전자를 조절하고 어떤 조건에서 배양하느냐에 따라 최종 생산량과 제조원가가 크게 달라진다. 지금까지는 연구자가 수많은 유전자 조합과 배양 조건을 반복해서 실험해야 했다. 미생물의 대사경로가 매우 복잡하고 배양 과정에 수많은 변수가 동시에 작용하기 때문에 최적의 조건을 찾는 데 시간과 비용이 많이 소요됐다.

온디맨드바이오는 AI와 데이터 기반의 균주 개량 및 발효공정 최적화를 통해 이러한 문제를 해결하고자 한다. 균주 개량에서는 머신러닝을 적용해 생산성을 높일 유전자 조합을 예측하고, 실험으로 검증할 후보를 효율적으로 선별한다. 이 과정은 균주의 설계, 제작, 시험을 자동화 설비로 빠르게 반복하는 바이오 파운더리(Bio Foundry) 인프라를 통해 더 빨라질 수 있다. 발효공정에서는 온도, 수소이온농도(pH), 용존산소(배양액에 녹아 있는 산소), 교반속도, 영양분 소비량 등의 데이터를 실시간으로 수집 및 분석하면 미생물의 생장 상태와 생산성을 예측하는 모델을 만들 수 있다.

이를 통해 균주 개발의 시행착오를 줄이고 생산공정의 효율성과 재현성을 높여 정밀발효 소재 상업화의 속도를 향상시키고자 한다. 앞으로 정밀발효 산업의 경쟁력은 특정 소재를 만들 수 있느냐를 넘어, 얼마나 빠르고 경제적으로 생산성을 개선하고 안정적으로 대량 생산하느냐에 달려 있다고 생각한다.

TIPS 선정·자체 생산공장 구축, 바이오 소재 양산과 해외 공급 목표

현재 사업 진행 상황은?

창업 이후 1년 동안 기술 개발과 투자 유치, 사업화, 생산 스케일업을 동시에 진행해 왔다. 창업 초기 예비창업패키지와 초기창업패키지 등 정부 창업지원사업으로 사업모델과 제품 가능성을 검증했고, 지난 4월에는 TIPS에 선정돼 본격적인 연구개발과 사업화를 추진하고 있다. 서울테크노파크에 기업부설연구소, 남양주에 자체 생산공장을 두고 시제품 제조실, 시험 분석실, 생물 배양기, 제형화 장비 등을 운영하고 있다. 올해 초 시드 투자를 유치했으며, 현재 핵심 파이프라인 사업화와 생산 역량 확대를 위한 시드 브릿지 투자 라운드를 진행 중이다. 일부 투자사와 활발하게 논의하고 있다.

초기에는 여러 소재를 개발하며 기술의 확장성을 검증했다. 앞으로의 과제는 ‘연구실에서 만들 수 있다’를 넘어 ‘산업적으로 생산하고 판매할 수 있다’는 것을 증명하는 것이다. 이를 위해 발효공정 스케일업, 고객사 기술검증(PoC), 제품 적용과 사업화를 단계적으로 추진하고 있다.

현재 서울과기대 창업보육센터의 지원을 받고 있다. 어떤 지원이 있었나?

온디맨드바이오가 창업 초기에 빠르게 자리 잡을 수 있었던 것은 서울과기대 창업보육센터의 지원 덕이다. 교원창업 기업은 대학의 연구 성과를 사업화해야 하기 때문에 연구와 사업을 이어 주는 환경이 중요한데, 창업보육센터를 통해 초기 사업 공간을 확보했고, 창업지원사업, 투자, 마케팅, 전문가 멘토링, 네트워킹 등 초기 기업에 필요한 여러 지원을 받을 수 있었다. 특히 전문가와의 멘토링, 다양한 창업기업과의 교류가 큰 도움이 됐다. 연구자에게 기술 개발은 익숙하지만, 투자나 마케팅, 조직 운영은 생소한 영역이기 때문이다.

온디맨드바이오에게 창업보육센터는 단순히 사무 공간을 제공하는 곳이 아니라 대학에서 만든 기술이 기업으로 성장하기 시작하는 공간이다. 앞으로 온디맨드바이오의 성장 과정이 대학의 우수한 연구 성과가 논문과 특허를 넘어 창업과 산업으로 연결되는 하나의 성공사례가 되기를 바란다.

향후 계획과 목표는?

단기적인 목표는 시드 브릿지 투자 유치를 성공적으로 마무리하고 핵심 파이프라인의 사업화 속도를 높이는 것이다. 투자금은 여러 분야로 분산하기보다 생산공정 고도화, PoC 확대, 발효 생산 스케일업에 집중할 계획이다.

다음 목표는 연구개발 기업에서 바이오 제조기업으로 성장하는 것이다. 좋은 균주를 개발하는 것도 중요하지만, 결국 고객에게 필요한 것은 실제로 사용할 수 있는 소재다. 이에 균주 개발부터 발효, 스케일업, 품질관리, 인허가, 소재 양산까지 이어지는 제조 역량을 단계적으로 확보하고 있다. 글로벌 진출도 추진할 계획이다. 정밀발효 기반 식품, 뷰티, 헬스케어 소재는 국내에만 한정된 시장이 아니기 때문에 국내 기술로 생산한 바이오 소재를 글로벌 기업에 공급하고자 한다.

창업 당시에는 단순히 연구실 기술을 제품으로 만들어 보자는 생각이었다. 하지만 지금은 연구실에서 시작한 기술이 제품으로 이어지고 그 제품이 하나의 산업으로 성장하는 과정을 만들어 보고 싶다. 해외에서 수입하던 고부가가치 바이오 소재를 국내에서 생산하고, 한국에서 개발 및 생산한 소재를 세계 시장에 공급하는 기업으로 성장하는 것이 온디맨드바이오의 궁극적인 목표다.

IT동아 한만혁 기자 (mh@itdonga.com)