2025년 11월 현재, 글로벌 합성생물학(synthetic biology) 시장이 전년 대비 28% 성장한 390억 달러 규모에 달하며 바이오산업 전반에 혁신적 변화를 가져오고 있다. 맥킨지 글로벌 연구소의 최신 보고서에 따르면, 합성생물학 기술을 활용한 바이오제조업체들이 기존 화학공정 대비 생산비용을 평균 40% 절감하면서 시장 경쟁력을 크게 향상시키고 있는 것으로 나타났다. 특히 미생물을 이용한 발효 기술이 급속도로 발전하면서, 전통적인 석유화학 기반 제조업에서 생물학적 제조공정으로의 전환이 가속화되고 있다.
이러한 변화의 중심에는 유전자 편집 기술의 혁신적 발전이 있다. CRISPR-Cas9 기술을 넘어선 차세대 유전자 편집 도구들이 상용화되면서, 미생물의 대사 경로를 정밀하게 설계하여 원하는 화합물을 효율적으로 생산할 수 있게 되었다. 보스턴 컨설팅 그룹의 분석에 따르면, 2025년 기준 합성생물학을 활용한 바이오제조 프로젝트의 성공률이 73%에 달해 2020년 45%에서 크게 개선된 것으로 조사되었다. 이는 기술의 성숙도가 높아지면서 상업적 위험성이 현저히 감소했음을 의미한다.
한국의 바이오산업계도 이러한 글로벌 트렌드에 발맞춰 적극적인 투자와 기술 개발에 나서고 있다. 특히 대한민국 정부가 발표한 ‘K-바이오 뉴딜 2.0’ 정책의 일환으로 2025년까지 합성생물학 분야에 총 2조 3천억 원을 투입하기로 하면서, 국내 바이오기업들의 연구개발 활동이 활발해지고 있다. CJ제일제당과 같은 대기업부터 바이오스펙테이터가 선정한 유망 바이오벤처까지, 다양한 규모의 기업들이 합성생물학 플랫폼 구축에 나서고 있는 상황이다.
시장 세분화 측면에서 살펴보면, 2025년 합성생물학 시장에서 가장 큰 비중을 차지하는 분야는 바이오연료 생산으로 전체 시장의 32%인 125억 달러 규모를 형성하고 있다. 이어서 바이오의약품 개발이 28%(109억 달러), 산업용 효소 및 화학물질 생산이 22%(86억 달러), 농업 바이오기술이 18%(70억 달러) 순으로 나타났다. 특히 바이오연료 분야에서는 캘리포니아 기반 젠코(Ginkgo Bioworks)와 매사추세츠 소재 모더나(Moderna)의 합작 프로젝트가 주목받고 있으며, 이들은 효모를 이용한 차세대 바이오연료 생산 기술을 상용화 단계까지 발전시켰다.
바이오제조업계의 기술 혁신과 경쟁 구도
합성생물학 기반 바이오제조업계에서 가장 치열한 경쟁이 벌어지고 있는 분야는 대체단백질 생산이다. 네덜란드 기반 DSM과 덴마크의 노보자임(Novozymes)이 합병하여 탄생한 노보노르디스크 홀딩스(Novonesis)는 2025년 상반기 기준 미생물 발효를 통한 대체단백질 생산량을 전년 대비 180% 증가시켰다고 발표했다. 이는 연간 15만 톤 규모로, 기존 축산업 대비 탄소 배출량을 90% 절감하면서도 생산비용을 45% 낮춘 것으로 분석된다.
한편, 미국 실리콘밸리의 임파서블 푸드(Impossible Foods)는 합성생물학 기술을 활용하여 식물성 고기의 핵심 성분인 헴(heme)을 효모 발효로 생산하는 기술을 더욱 발전시켰다. 2025년 3분기 실적 발표에서 임파서블 푸드는 헤모글로빈 생산 효율을 기존 대비 65% 개선했다고 밝혔으며, 이를 통해 제품 원가를 킬로그램당 12달러에서 7.2달러로 40% 절감했다고 발표했다. 이러한 비용 혁신은 대체육 제품이 기존 축산물과 가격 경쟁력에서 동등한 수준에 도달했음을 의미한다.
아시아 시장에서는 싱가포르 소재 에이트 바이오(Eat Just)가 배양육 분야에서 독보적인 위치를 차지하고 있다. 동사는 2025년 들어 싱가포르와 홍콩에서 배양육 제품의 상업적 판매를 본격화했으며, 월 생산량 5톤 규모의 생산 시설을 가동 중이다. 특히 주목할 점은 에이트 바이오가 자체 개발한 무혈청 배양 기술을 통해 기존 배양육 생산비용을 킬로그램당 50달러에서 18달러로 64% 절감했다는 것이다. 이는 업계 평균 생산비용인 킬로그램당 25달러보다도 28% 낮은 수준으로, 상당한 기술적 우위를 보여준다.
국내에서는 CJ제일제당이 합성생물학 기반 아미노산 생산 분야에서 글로벌 선도 기업으로 자리매김하고 있다. 동사는 2025년 상반기 인도네시아 찔레곤 공장에 1,200억 원을 투입하여 합성생물학 기반 라이신 생산 설비를 확장했으며, 이를 통해 연간 생산능력을 기존 35만 톤에서 55만 톤으로 57% 증대했다. CJ제일제당의 독자적인 균주 개발 기술은 기존 발효 공정 대비 생산 효율을 23% 향상시키면서 동시에 부산물 발생량을 35% 줄이는 성과를 거두었다.
의약품 개발과 개인 맞춤형 치료의 새로운 지평
합성생물학이 가져온 가장 혁신적인 변화 중 하나는 개인 맞춤형 의약품 개발 분야이다. 스위스 바젤 소재 로슈(Roche)는 2025년 10월 합성생물학 기반 개인 맞춤형 암 치료제 플랫폼을 공개했다. 이 플랫폼은 환자의 유전자 정보를 분석하여 최적화된 CAR-T 세포 치료제를 48시간 내에 생산할 수 있는 기술로, 기존 4-6주가 소요되던 제조 기간을 획기적으로 단축했다. 로슈의 임상 데이터에 따르면, 이 맞춤형 치료제는 기존 표준 치료법 대비 치료 효과가 73% 향상되었으며, 부작용 발생률은 45% 감소한 것으로 나타났다.
미국 매사추세츠 기반 모더나는 mRNA 백신 기술을 넘어 합성생물학을 활용한 개인 맞춤형 암 백신 개발에 박차를 가하고 있다. 동사가 2025년 9월 발표한 2상 임상시험 결과에 따르면, 개인 맞춤형 흑색종 백신이 기존 치료법과 병용했을 때 재발률을 58% 감소시키는 것으로 확인되었다. 모더나는 이 기술을 상용화하기 위해 2025년 말까지 15억 달러를 추가 투자할 계획이라고 밝혔으며, 2026년 상반기 FDA 승인 신청을 목표로 하고 있다.
국내에서는 셀트리온이 합성생물학 기반 바이오의약품 개발에 적극적으로 나서고 있다. 동사는 2025년 송도 바이오클러스터에 2,800억 원 규모의 합성생물학 연구센터를 설립했으며, 여기서 개발 중인 차세대 항체-약물 결합체(ADC) 기술이 주목받고 있다. 셀트리온의 독자적인 링커 기술은 기존 ADC 대비 약물 전달 효율을 85% 향상시키면서 정상 세포에 대한 독성을 65% 감소시키는 성과를 보였다. 이는 글로벌 ADC 시장에서 경쟁력 있는 차별화 기술로 평가받고 있다.
합성생물학 기반 진단 기술 분야에서도 혁신적인 발전이 이어지고 있다. 일본 도쿄 소재 시스멕스(Sysmex)는 2025년 합성생물학 기술을 활용한 액체생검 플랫폼을 상용화했다. 이 기술은 혈액 내 순환 종양 DNA를 99.7%의 정확도로 검출할 수 있으며, 기존 조직생검 대비 비용을 80% 절감하면서도 검사 시간을 24시간에서 2시간으로 단축했다. 시스멕스는 이 기술을 통해 2025년 3분기 매출이 전년 동기 대비 34% 증가했다고 발표했다.
투자 및 인수합병 활동 측면에서 보면, 2025년 합성생물학 분야의 벤처 투자 규모가 전년 대비 42% 증가한 187억 달러를 기록했다. 특히 주목할 만한 거래는 구글의 모회사 알파벳(Alphabet)이 영국 옥스퍼드 기반 합성생물학 스타트업 옥시지나(Oxygene)를 23억 달러에 인수한 것이다. 옥시지나는 미생물을 이용해 대기 중 이산화탄소를 포집하여 유용한 화학물질로 전환하는 기술을 보유하고 있으며, 이는 탄소중립 목표 달성에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.
규제 환경 변화도 합성생물학 산업 발전에 중요한 영향을 미치고 있다. 미국 FDA는 2025년 8월 합성생물학 기반 의약품에 대한 새로운 가이드라인을 발표했으며, 이는 기존 승인 절차를 평균 18개월에서 12개월로 단축하는 내용을 담고 있다. 유럽의약품청(EMA)도 비슷한 시기에 합성생물학 제품에 대한 신속 승인 트랙을 도입했다. 한국 식품의약품안전처도 2025년 10월 ‘K-바이오 패스트트랙’ 제도를 통해 합성생물학 기반 혁신 의약품의 승인 절차를 기존 대비 30% 단축하겠다고 발표했다.
이러한 규제 완화는 합성생물학 기업들의 제품 상용화 속도를 크게 앞당길 것으로 예상된다. 업계 전문가들은 2026년부터 2028년 사이에 합성생물학 기반 제품들이 본격적으로 시장에 출시되면서 관련 기업들의 매출 성장이 가속화될 것으로 전망하고 있다. 특히 개인 맞춤형 의료 분야에서는 연평균 성장률이 45%에 달할 것으로 예측되며, 이는 전체 의료기기 시장 성장률인 7.2%를 크게 상회하는 수준이다.
그러나 합성생물학 산업이 직면한 도전 과제들도 만만치 않다. 가장 큰 우려는 생명윤리와 안전성 문제다. 유전자 변형 미생물의 환경 유출 가능성, 바이오해킹의 위험성, 그리고 개인 유전정보 보호 문제 등이 사회적 논란을 일으키고 있다. 이에 대응하여 글로벌 바이오안전성 컨소시엄은 2025년 11월 합성생물학 제품의 안전성 평가를 위한 국제 표준안을 발표했으며, 이는 향후 관련 기업들의 제품 개발 과정에서 필수적으로 준수해야 할 가이드라인이 될 전망이다.
향후 전망을 종합해 보면, 합성생물학은 2030년까지 글로벌 바이오경제에서 3조 달러 규모의 경제적 가치를 창출할 것으로 예상된다. 특히 한국은 정부의 강력한 정책 지원과 기업들의 적극적인 투자를 바탕으로 글로벌 합성생물학 시장에서 중요한 위치를 차지할 수 있을 것으로 전망된다. 다만 기술 개발뿐만 아니라 윤리적, 안전성 이슈에 대한 사회적 합의와 적절한 규제 체계 구축이 산업 발전의 핵심 요소가 될 것으로 보인다. 투자자들과 기업들은 이러한 다면적 요소들을 종합적으로 고려하여 장기적인 관점에서 합성생물학 분야에 접근해야 할 것이다.
*본 글은 정보 제공 목적으로 작성되었으며, 투자 권유나 특정 기업에 대한 추천을 의도하지 않습니다. 투자 결정은 개인의 판단과 책임하에 이루어져야 합니다.*
