AI 기반 바이오 기술의 상용화 가속화
2026년 현재 생명공학 산업은 인공지능 기술과의 본격적인 융합을 통해 전례없는 변화의 물결을 맞고 있다. 특히 단백질 구조 예측 분야에서 구글 딥마인드의 알파폴드3가 2024년 말 오픈소스로 공개된 이후, 전 세계 바이오 기업들이 이를 활용한 신약 개발에 적극 나서면서 시장 역학이 근본적으로 변화하고 있다. 글로벌 AI 바이오 시장 규모는 2026년 기준 347억 달러로 전년 대비 34.2% 증가했으며, 2030년까지 연평균 28.7%의 성장률을 기록할 것으로 업계는 전망하고 있다.
이러한 변화의 중심에는 미국 캘리포니아 기반 NVIDIA가 개발한 바이오 전용 AI 칩셋 ‘BioForce H200’이 자리하고 있다. 이 칩셋은 기존 GPU 대비 단백질 시뮬레이션 속도를 15배 향상시켰으며, 메모리 효율성을 40% 개선했다. NVIDIA는 2025년 4분기 바이오 부문에서만 23억 달러의 매출을 기록했으며, 이는 전체 매출의 8.3%에 해당하는 수치다. 젠슨 황 CEO는 최근 발표에서 “바이오 컴퓨팅은 NVIDIA의 차세대 성장 동력이 될 것”이라며 향후 3년간 바이오 부문에 180억 달러를 투자할 계획을 밝혔다.
한국 바이오 업계 역시 이러한 글로벌 트렌드에 발맞춰 AI 기술 도입을 가속화하고 있다. 인천 송도에 본사를 둔 삼성바이오로직스는 2025년 12월 미국 보스턴에 AI 기반 신약 개발 센터를 설립했으며, 알파폴드3와 자체 개발한 ‘Samsung BioAI’ 플랫폼을 연계한 통합 솔루션을 구축했다. 이 시설에서는 연간 50개의 신약 후보 물질을 발굴할 수 있는 능력을 갖췄으며, 기존 대비 개발 기간을 평균 2.3년 단축할 수 있다고 회사 측은 설명했다. 삼성바이오로직스의 2025년 4분기 매출은 전년 동기 대비 18.7% 증가한 1조 2,340억 원을 기록했으며, 이 중 AI 기반 서비스가 차지하는 비중은 12%에 달한다.
경쟁사인 셀트리온 역시 AI 투자를 확대하고 있다. 인천 연수구에 위치한 셀트리온은 2026년 1월 영국 케임브리지 대학과 공동으로 ‘AI 기반 바이오시밀러 개발 프로그램’을 런칭했다고 발표했다. 이 프로그램을 통해 기존 바이오시밀러 개발 기간을 평균 18개월 단축하고, 개발 성공률을 기존 23%에서 41%까지 높일 수 있을 것으로 기대된다. 서정진 회장은 “AI 기술을 통해 2028년까지 글로벌 바이오시밀러 시장에서 점유율을 현재 7.2%에서 12%로 확대할 계획”이라고 밝혔다.
신약 개발 패러다임의 근본적 변화
AI 기술의 도입은 단순한 효율성 개선을 넘어 신약 개발의 근본적인 접근 방식을 변화시키고 있다. 전통적으로 신약 개발에는 평균 12-15년의 기간과 26억 달러의 비용이 소요되었지만, AI 기술을 활용할 경우 이를 8-10년으로 단축하고 비용도 18억 달러 수준으로 절감할 수 있다는 분석이 나오고 있다. 특히 타겟 발굴(Target Identification) 단계에서 AI의 효과가 두드러지는데, 기존 방식 대비 후보 물질 발굴 속도가 평균 5.7배 향상되었다고 업계는 보고하고 있다.
스위스 바젤에 본사를 둔 로슈(Roche)는 이러한 변화를 선도하는 대표적인 기업 중 하나다. 로슈는 2025년 구글과 전략적 파트너십을 체결하여 알파폴드3 기반의 ‘Roche AI Drug Discovery Platform’을 구축했으며, 현재 17개의 신약 후보 물질이 이 플랫폼을 통해 개발되고 있다. 이 중 3개 물질은 이미 1상 임상시험에 진입했으며, 기존 방식 대비 개발 기간을 30% 단축했다. 로슈의 2025년 R&D 투자는 전년 대비 22% 증가한 147억 달러를 기록했으며, 이 중 AI 관련 투자가 차지하는 비중은 35%에 달한다.
미국 뉴저지주에 본사를 둔 존슨앤드존슨(J&J) 역시 AI 기반 신약 개발에 적극적이다. J&J는 2025년 9월 마이크로소프트, 오픈AI와 3자 협력 협정을 체결하여 ‘J&J Innovation Labs’를 설립했다. 이 연구소에서는 대화형 AI를 활용한 신약 개발 플랫폼 ‘Janssen GPT-Drug’을 운영하고 있으며, 연구자들이 자연어로 질문을 입력하면 AI가 최적의 분자 구조를 제안하는 시스템을 구축했다. 현재 이 플랫폼을 통해 23개의 신약 프로젝트가 진행 중이며, 평균 개발 기간이 기존 대비 28% 단축되었다고 회사 측은 발표했다.
한편, 미국 캘리포니아주 샌디에이고에 본사를 둔 일루미나(Illumina)는 차세대 시퀀싱(NGS) 기술과 AI를 결합한 ‘정밀 의료 플랫폼’을 통해 시장 지위를 강화하고 있다. 일루미나의 최신 시퀀서 ‘NovaSeq X Plus’는 AI 기반 베이스 콜링 알고리즘을 탑재하여 기존 모델 대비 정확도를 99.9%까지 향상시켰으며, 분석 시간도 40% 단축했다. 2025년 4분기 일루미나의 매출은 12억 3천만 달러로 전년 동기 대비 16.8% 증가했으며, AI 기반 서비스 매출이 전체의 22%를 차지했다.
이러한 변화는 바이오 기술 시장의 경쟁 구도에도 큰 영향을 미치고 있다. 전통적으로 대형 제약회사들이 주도했던 신약 개발 시장에 AI 전문 바이오테크 스타트업들이 새로운 경쟁자로 부상하고 있다. 특히 영국 런던 기반 엑사이언티아(Exscientia)나 미국 보스턴의 제너레이트 바이오메디신스(Generate Biomedicines) 같은 AI 네이티브 바이오테크들이 기존 제약회사들과 동등한 수준의 파이프라인을 구축하면서 업계의 주목을 받고 있다.
시장 재편과 투자 동향 분석
AI 바이오 기술의 상용화가 본격화되면서 관련 투자도 급격히 증가하고 있다. 2025년 전 세계 AI 바이오테크 분야 벤처 투자는 총 89억 달러로 전년 대비 47% 증가했으며, 이는 전체 바이오테크 투자의 31%에 해당하는 규모다. 특히 아시아 태평양 지역의 투자 증가가 두드러지는데, 한국은 12억 달러, 중국은 23억 달러, 일본은 8억 달러의 투자를 각각 유치했다. 이는 미국(34억 달러), 유럽(19억 달러)에 이어 세 번째로 큰 규모다.
한국 정부 역시 K-바이오 그랜드 챌린지 프로그램을 통해 AI 바이오 기술 개발을 적극 지원하고 있다. 2026년 예산으로 배정된 3,400억 원 중 40%인 1,360억 원이 AI 융합 바이오 기술 개발에 투입될 예정이며, 이를 통해 2030년까지 글로벌 AI 바이오 시장에서 한국의 점유율을 현재 2.1%에서 5.5%로 끌어올린다는 목표를 제시했다. 과학기술정보통신부는 “AI 바이오 융합 기술은 4차 산업혁명 시대의 핵심 동력”이라며 “민관 합동으로 총 15조 원 규模의 투자 펀드를 조성할 계획”이라고 발표했다.
미국 매사추세츠주 월섬에 본사를 둔 써모 피셔 사이언티픽(Thermo Fisher Scientific)은 이러한 시장 변화에 발맞춰 AI 기반 연구 장비 포트폴리오를 확대하고 있다. 2025년 12월 출시한 ‘Orion AI Lab’ 시스템은 실험 설계부터 데이터 분석까지 전 과정을 AI가 자동화하는 통합 솔루션으로, 연구 효율성을 평균 65% 향상시킬 수 있다. 이 시스템은 이미 전 세계 127개 연구기관에 도입되었으며, 2026년 1분기에만 340대의 주문을 받아 예상 매출 27억 달러를 달성할 것으로 전망된다.
그러나 AI 바이오 기술의 급속한 발전에도 불구하고 여러 과제들이 남아있다. 가장 큰 문제는 AI 모델의 ‘블랙박스’ 특성으로 인한 규제 기관의 승인 지연이다. 미국 FDA는 2025년 11월 ‘AI 기반 신약 승인 가이드라인’을 발표했지만, 여전히 AI가 생성한 데이터의 신뢰성과 재현성을 검증하는 표준화된 방법론이 부족한 상황이다. 유럽의약청(EMA) 역시 비슷한 우려를 표명하며, AI 기반 신약에 대해 기존보다 엄격한 임상시험을 요구하고 있다.
데이터 보안과 개인정보 보호 문제도 중요한 이슈로 부상하고 있다. AI 바이오 기술은 대량의 유전체 데이터와 개인 의료 정보를 활용하기 때문에, 데이터 유출이나 오남용에 대한 우려가 지속적으로 제기되고 있다. 특히 중국의 BGI 지노믹스나 완밍 시퀀싱 같은 기업들이 글로벌 시장에서 급성장하면서, 미국과 유럽에서는 데이터 주권에 대한 논의가 활발해지고 있다. 미국 의회는 2025년 12월 ‘바이오 데이터 보안법’을 통과시켜 중국 기업들의 미국 내 유전체 데이터 수집을 제한하는 조치를 취했다.
이러한 도전에도 불구하고 AI 바이오 기술의 장기적 전망은 매우 밝다. 맥킨지의 최근 보고서에 따르면, AI 기술을 통해 2030년까지 연간 1,000개 이상의 새로운 신약 후보 물질이 발굴될 것으로 예상되며, 이는 현재 대비 3배 증가한 수치다. 또한 AI 기반 정밀 의료 시장도 2030년 2,170억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되어, 전체 헬스케어 시장의 15.3%를 차지할 것으로 예상된다.
결론적으로, 2026년 현재 바이오 산업은 AI 기술과의 융합을 통해 근본적인 변화를 겪고 있다. 신약 개발의 속도와 효율성이 획기적으로 개선되면서 새로운 치료법들이 더 빠르게 환자들에게 전달될 수 있는 환경이 조성되고 있다. 한국을 비롯한 아시아 국가들도 이러한 글로벌 트렌드에 적극 동참하며 자국의 바이오 경쟁력 강화에 나서고 있어, 향후 몇 년간 이 분야의 혁신과 성장이 지속될 것으로 전망된다. 다만 규제, 데이터 보안, 윤리적 이슈 등의 과제들을 해결하기 위한 국제적 협력과 표준화 노력이 병행되어야 할 것으로 보인다.
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*본 글의 내용은 일반적인 정보 제공 목적으로 작성되었으며, 투자 권유나 종목 추천이 아닙니다. 투자 결정은 개인의 판단과 책임 하에 이루어져야 합니다.*
