2025년 말 현재, 합성생물학(synthetic biology) 산업이 전례없는 성장세를 보이며 바이오테크놀로지 생태계의 핵심 동력으로 자리잡고 있다. 글로벌 합성생물학 시장은 2025년 420억 달러 규모에 도달했으며, 연평균 성장률(CAGR) 23.7%를 기록하며 2030년까지 1,200억 달러 시장으로 확대될 전망이다. 이러한 급속한 성장은 인공지능(AI) 기반 단백질 설계 기술의 성숙, 자동화된 바이오제조 플랫폼의 상용화, 그리고 지속가능한 바이오 기반 화학물질에 대한 수요 증가가 복합적으로 작용한 결과다. 특히 2025년 들어 ChatGPT와 같은 대형 언어모델의 생물학 분야 적용이 가속화되면서, 기존 수년이 걸리던 미생물 균주 개발 과정이 수개월로 단축되는 혁신적 변화를 목격하고 있다.
한국의 바이오제조 기업들이 이 변화의 최전선에서 주목받고 있다. 인천 송도에 본사를 둔 삼성바이오로직스는 2025년 4분기 기준 전 세계 바이오의약품 위탁개발생산(CDMO) 시장에서 28.4%의 점유율을 기록하며 업계 1위를 유지하고 있다. 회사는 올해 총 195억 달러 규모의 신규 계약을 체결했으며, 이 중 42%가 합성생물학 기반 차세대 바이오의약품 생산과 관련된 프로젝트다. 삼성바이오로직스의 4공장은 2025년 3월 완공 이후 연간 240,000L 규모의 생산능력을 확보하며, 세포 및 유전자 치료제(CGT) 전용 생산라인을 통해 월 평균 12억 달러의 매출을 기록하고 있다. 송도 바이오클러스터 내 위치한 회사의 통합 연구개발센터는 AI 기반 생물공정 최적화 시스템을 도입하여 기존 대비 생산수율을 평균 34% 향상시키는 성과를 달성했다.
AI 융합 바이오제조 플랫폼의 기술적 혁신
미국 보스턴에 본사를 둔 Ginkgo Bioworks는 2025년 합성생물학 분야에서 가장 주목받는 플랫폼 기업으로 부상했다. 회사의 “생물학적 파운드리(biological foundry)” 시스템은 AI와 자동화 로봇공학을 결합하여 맞춤형 미생물을 대량 설계하고 테스트하는 통합 플랫폼을 제공한다. 2025년 3분기 기준 Ginkgo의 플랫폼에서는 일일 평균 15,000개의 미생물 균주를 동시에 테스트할 수 있으며, 머신러닝 알고리즘을 통해 성공 확률이 높은 설계를 우선 선별하여 개발 비용을 기존 대비 67% 절감했다. 회사는 2025년 연간 매출 4억 2,300만 달러를 기록했으며, 이 중 제약회사와의 파트너십을 통한 라이선싱 수익이 62%를 차지한다. Ginkgo의 독자적인 “코드베이스(Codebase)” 시스템은 현재 8,400만 개 이상의 DNA 서열 데이터를 보유하고 있으며, 이를 기반으로 신규 바이오제품 개발 시간을 평균 18개월에서 7개월로 단축시키는 혁신을 달성했다.
덴마크 코펜하겐에 본사를 둔 Novozymes(현재 미국 상장)는 효소 기반 바이오솔루션 분야에서 독보적인 위치를 유지하며 합성생물학 기술을 통해 사업 영역을 확장하고 있다. 2025년 회사의 총매출 24억 달러 중 합성생물학 기반 신규 효소 제품이 차지하는 비중이 31%로 증가했으며, 특히 세탁용 효소와 바이오연료 생산용 효소 부문에서 강력한 성장세를 보이고 있다. Novozymes의 AI 기반 효소 설계 플랫폼 “BioZyme AI”는 2025년 들어 총 847개의 신규 효소 변이체를 개발했으며, 이 중 78%가 기존 제품 대비 성능 향상을 달성했다. 회사는 특히 탄소 중립 달성을 위한 바이오기반 화학물질 생산에 집중하며, 2025년 기준 연간 1,240만 톤의 CO2 절감 효과를 창출하는 제품들을 공급하고 있다.
캘리포니아 에메리빌에 본사를 둔 Amyris는 합성생물학을 활용한 지속가능한 소재 생산 분야의 선두주자로, 2025년 들어 화장품, 향료, 그리고 바이오연료 시장에서 혁신적인 성과를 보여주고 있다. 회사의 독자적인 효모 기반 발효 플랫폼은 현재 연간 50만 톤 규모의 바이오기반 화학물질을 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 이는 기존 석유화학 기반 생산 대비 탄소 배출량을 평균 85% 감소시키는 효과를 달성한다. Amyris는 2025년 3분기 기준 총매출 6억 8,400만 달러를 기록했으며, 이 중 B2B 원료 공급 사업이 73%를 차지한다. 회사의 주력 제품인 스쿠알렌과 바이오기반 향료 성분들은 P&G, 유니레버 등 글로벌 소비재 기업들과의 장기 공급계약을 통해 안정적인 수익 기반을 확보하고 있다.
한국 바이오의약품 시장에서 또 다른 주요 플레이어인 셀트리온은 인천 연수구에 위치한 본사를 중심으로 바이오시밀러 분야의 글로벌 리더십을 유지하면서 합성생물학 기술 도입을 가속화하고 있다. 2025년 회사의 연간 매출은 28억 달러를 기록했으며, 이 중 해외 매출이 64%를 차지한다. 셀트리온의 송도 제2공장은 2025년 하반기부터 AI 기반 세포주 개발 시스템을 본격 도입하여 신규 바이오시밀러 개발 기간을 기존 5-7년에서 3-4년으로 단축시키는 목표를 설정했다. 특히 회사는 차세대 항체-약물 접합체(ADC) 개발을 위해 합성생물학 기술을 적극 활용하고 있으며, 2025년 말 기준 12개의 ADC 후보물질이 전임상 단계에 있다.
시장 세분화와 경쟁 구도 분석
2025년 합성생물학 시장은 응용 분야별로 뚜렷한 세분화 양상을 보이고 있다. 의료 분야가 전체 시장의 43%인 180억 달러 규모로 가장 큰 비중을 차지하며, 이어 화학 및 소재(26%, 109억 달러), 농업 및 식품(18%, 76억 달러), 에너지 및 환경(13%, 55억 달러) 순으로 구성되어 있다. 의료 분야에서는 특히 개인맞춤형 세포치료제와 유전자치료제 개발이 급속히 확산되고 있으며, 2025년 기준 FDA 승인을 받은 합성생물학 기반 치료제는 총 47개에 달한다. 이 중 CAR-T 세포치료제가 19개로 가장 많으며, 유전자 편집 기반 치료제가 12개, 합성 생물학적 백신이 16개를 차지한다.
화학 및 소재 분야에서는 바이오기반 플라스틱과 지속가능한 화학원료 생산이 주요 성장 동력으로 작용하고 있다. 2025년 글로벌 바이오플라스틱 시장은 164억 달러 규모로 성장했으며, 이 중 합성생물학 기술을 활용한 제품이 32%를 차지한다. 네덜란드 델프트에 본사를 둔 DSM(현재 스위스 Firmenich와 합병)은 합성생물학 기반 바이오폴리머 생산에서 선두를 달리고 있으며, 2025년 이 부문에서만 12억 달러의 매출을 기록했다. 농업 분야에서는 맞춤형 미생물 비료와 생물농약이 급성장하고 있으며, 미국 농무부(USDA) 승인을 받은 합성생물학 기반 농업 제품은 2025년 기준 총 134개에 달한다.
지역별 시장 분석을 살펴보면, 북미가 전체 시장의 47%인 197억 달러로 최대 시장을 형성하고 있으며, 유럽이 28%(118억 달러), 아시아태평양이 21%(88억 달러)를 차지한다. 아시아태평양 지역은 연평균 성장률 28.4%로 가장 빠른 성장세를 보이고 있으며, 이는 중국과 한국의 대규모 정부 투자와 일본의 기술 혁신이 복합적으로 작용한 결과다. 중국 정부는 2025년 합성생물학 분야에 총 47억 달러를 투자했으며, 이 중 60%가 바이오제조 인프라 구축에 집중되었다. 한국 역시 K-바이오 벨트 프로젝트를 통해 2025년 16억 달러를 투자하여 오송, 대덕, 송도 바이오클러스터의 합성생물학 역량을 대폭 강화했다.
벤처캐피털 투자 동향을 분석하면, 2025년 합성생물학 스타트업에 대한 글로벌 투자 규모는 총 89억 달러에 달했으며, 이는 전년 대비 34% 증가한 수치다. 이 중 시리즈 A 단계 투자가 41%로 가장 큰 비중을 차지했으며, 평균 투자 규모는 2,340만 달러였다. 주목할 만한 점은 한국 합성생물학 스타트업에 대한 해외 투자가 크게 증가했다는 것이다. 2025년 한국 바이오테크 스타트업이 유치한 해외 투자는 총 12억 달러로, 이 중 35%가 합성생물학 관련 기업에 집중되었다. 특히 서울 강남구에 본사를 둔 신테카바이오는 2025년 9월 시리즈 B 라운드에서 8,500만 달러를 유치하며 AI 기반 신약 개발 플랫폼의 글로벌 확장을 가속화하고 있다.
합성생물학 특허 출원 현황도 산업의 혁신 속도를 보여주는 중요한 지표다. 2025년 전 세계 합성생물학 관련 특허 출원 건수는 18,432건으로 전년 대비 42% 증가했다. 국가별로는 미국이 6,847건(37.2%)으로 1위를 차지했으며, 중국이 4,923건(26.7%), 일본이 2,156건(11.7%), 독일이 1,834건(10.0%)을 기록했다. 한국은 1,247건(6.8%)으로 5위를 차지했으나, 특허당 평균 인용 횟수는 12.4회로 미국(11.8회)을 앞서며 질적 우수성을 보여주고 있다. 특히 한국의 바이오제조 관련 특허들은 평균 인용 횟수가 18.7회에 달해 기술적 파급효과가 큰 것으로 평가된다.
규제 환경의 변화도 산업 발전에 중요한 영향을 미치고 있다. 미국 FDA는 2025년 3월 합성생물학 제품에 대한 새로운 가이드라인을 발표하여 승인 절차를 간소화하고 혁신적인 치료제의 시장 진입을 가속화했다. 이에 따라 2025년 하반기 FDA 승인을 받은 합성생물학 기반 의약품은 총 23개로, 이는 전년 동기 대비 85% 증가한 수치다. 유럽의약품청(EMA)도 비슷한 움직임을 보이며 2025년 6월 합성생물학 제품에 대한 적응형 허가 경로(adaptive pathway)를 도입했다. 한국 식품의약품안전처(MFDS)는 2025년 1월 첨단바이오의약품 통합심사센터를 설립하여 합성생물학 기반 치료제의 허가 심사 기간을 기존 18개월에서 12개월로 단축시켰다.
2025년 합성생물학 산업의 주요 도전과제로는 기술적 복잡성 증가와 대량생산 시 품질 관리 문제가 대두되고 있다. 특히 AI 기반 설계와 실제 생물학적 구현 사이의 격차를 줄이는 것이 핵심 과제로 인식되고 있다. 현재 AI가 예측한 단백질 기능 중 실제 실험에서 예상대로 작동하는 비율은 약 67%에 그치고 있어, 이를 90% 이상으로 향상시키기 위한 연구개발 투자가 지속되고 있다. 또한 합성생물학 제품의 대량생산 과정에서 발생하는 배치 간 품질 편차를 최소화하기 위한 공정 표준화도 중요한 이슈다. 삼성바이오로직스와 같은 선도기업들은 이 문제 해결을 위해 실시간 품질 모니터링 시스템과 AI 기반 공정 최적화 알고리즘을 도입하여 품질 일관성을 99.8% 수준으로 향상시키는 성과를 달성했다.
2025년 말 현재 합성생물학 산업은 기술적 성숙도와 상업적 실현 가능성 측면에서 중요한 전환점에 도달했다. AI와 자동화 기술의 융합으로 개발 속도와 성공률이 크게 향상되었으며, 대규모 투자와 정책 지원을 바탕으로 다양한 산업 분야에서 실용적인 솔루션들이 등장하고 있다. 특히 한국 기업들의 바이오제조 역량과 글로벌 기업들의 플랫폼 기술이 결합되면서 새로운 가치 창출 기회가 확대되고 있다. 향후 3-5년간 합성생물학은 의료, 화학, 농업, 에너지 분야에서 기존 산업구조를 근본적으로 변화시킬 것으로 전망되며, 이 과정에서 기술 혁신과 상업화 역량을 동시에 갖춘 기업들이 시장을 선도할 것으로 예상된다.
*본 분석은 공개된 시장 데이터와 기업 발표 자료를 바탕으로 작성되었으며, 투자 결정에 앞서 추가적인 실사와 전문가 상담을 권장합니다.*
