2026년 들어 합성생물학 분야가 전례없는 성장세를 보이며 글로벌 바이오경제의 핵심 동력으로 부상하고 있다. McKinsey & Company의 최신 보고서에 따르면, 글로벌 합성생물학 시장 규모는 2025년 대비 28% 증가한 390억 달러를 기록했으며, 2030년까지 연평균 성장률 32%를 유지하며 1,200억 달러 시장으로 확대될 전망이다. 이러한 급성장은 단순히 기술적 진보에서 그치지 않고, 전통적인 제조업과 의료산업의 근본적 변화를 촉진하고 있다. 특히 코로나19 팬데믹 이후 바이오제조 역량의 중요성이 부각되면서, 각국 정부와 기업들이 합성생물학 기반 생산 시설에 대한 투자를 대폭 확대하고 있는 상황이다.
합성생물학의 상업적 성공을 이끄는 핵심 요인은 바로 비용 효율성의 극적인 개선이다. DNA 합성 비용이 지난 5년간 90% 이상 하락하면서 킬로그램당 0.02달러 수준까지 떨어졌고, 이는 대규모 상업 생산을 경제적으로 실현 가능하게 만들었다. 동시에 CRISPR-Cas9과 같은 유전자 편집 기술의 정밀도가 99.7%까지 향상되면서, 미생물을 활용한 바이오제조 공정의 신뢰성과 재현성이 크게 개선되었다. 이러한 기술적 진보는 화학, 식품, 의약품, 소재 등 다양한 산업 분야에서 합성생물학 기반 솔루션의 채택을 가속화하고 있다.
미국 시장에서는 Ginkgo Bioworks가 합성생물학 플랫폼 분야의 선두주자로 자리잡았다. 보스턴에 본사를 둔 이 회사는 2025년 4분기 매출이 전년 동기 대비 156% 증가한 2억 3,400만 달러를 기록하며, 자동화된 바이오파운드리 기술의 상업적 가치를 입증했다. Ginkgo의 핵심 경쟁력은 하루 최대 10만 개의 미생물 균주를 스크리닝할 수 있는 자동화 시설과, 머신러닝 알고리즘을 활용한 균주 최적화 기술이다. 현재 300개 이상의 고객사와 파트너십을 맺고 있으며, 향료, 화장품, 농약, 의약품 등 다양한 분야에서 맞춤형 미생물 솔루션을 제공하고 있다. 특히 2025년 말 체결한 바이엘과의 50억 달러 규모 장기 계약은 합성생물학 기술의 농업 분야 적용 가능성을 보여주는 대표적 사례로 평가받고 있다.
한국 시장에서는 삼성바이오로직스가 합성생물학과 바이오제조 분야의 핵심 플레이어로 부상하고 있다. 인천 송도에 본사를 둔 삼성바이오로직스는 2025년 연간 매출 3조 2,400억 원을 달성하며, 전년 대비 34% 성장을 기록했다. 회사는 기존의 바이오의약품 위탁생산(CMO) 사업에서 한 걸음 더 나아가, 합성생물학 기반의 차세대 바이오의약품 개발과 생산에 본격 진출하고 있다. 2025년 9월 완공된 제4공장은 연간 24만 리터의 생산 능력을 보유하고 있으며, 합성생물학으로 설계된 미생물을 활용한 복합 단백질 의약품 생산에 특화되어 있다. 삼성바이오로직스는 또한 미국 시애틀에 합성생물학 연구소를 설립하여 글로벌 기술 경쟁력 확보에도 적극 나서고 있다.
바이오제조업의 패러다임 전환과 시장 기회
합성생물학의 가장 큰 임팩트는 전통적인 석유화학 기반 제조업을 생물학적 제조공정으로 대체하는 것이다. 캘리포니아에 본사를 둔 Amyris는 이러한 전환을 선도하는 대표적 기업으로, 사탕수수에서 추출한 당분을 원료로 향료, 화장품 원료, 연료 등을 생산하는 바이오리파이너리 기술을 상용화했다. 2025년 Amyris의 연간 매출은 7억 8,200만 달러를 기록했으며, 이는 전년 대비 67% 증가한 수치다. 특히 주력 제품인 스쿠알렌(화장품 원료)의 경우 기존 상어 간유 추출 방식 대비 생산비용을 40% 절감하면서도 환경 친화적 생산이 가능해 글로벌 화장품 브랜드들의 주목을 받고 있다.
바이오제조업의 성장은 단순히 기존 화학물질의 대체를 넘어 완전히 새로운 소재와 제품의 창출로 이어지고 있다. Bolt Threads와 같은 신소재 스타트업들은 거미줄 단백질을 합성생물학으로 생산하여 기존 섬유보다 5배 강한 바이오 섬유를 개발했고, 아디다스, 스텔라 맥카트니 등 글로벌 패션 브랜드와의 협업을 통해 상업화에 성공했다. 이러한 혁신적 바이오소재 시장은 2026년 현재 45억 달러 규모로 추정되며, 연평균 40% 이상의 고성장을 지속할 것으로 예상된다. 특히 탄소 중립 정책이 강화되면서 바이오기반 소재에 대한 수요가 급증하고 있어, 관련 기업들의 성장 잠재력이 더욱 주목받고 있다.
LG화학은 한국 화학업계에서 합성생물학 전환을 가장 적극적으로 추진하고 있는 기업이다. 서울에 본사를 둔 LG화학은 2025년 바이오사업 부문 매출이 1조 4,600억 원을 기록하며, 전체 매출의 28%를 차지했다. 회사는 특히 바이오플라스틱 분야에서 두각을 나타내고 있으며, 미생물 발효를 통해 생산하는 PLA(폴리락트산)와 PBS(폴리부틸렌석시네이트)의 연간 생산능력을 15만 톤까지 확대했다. LG화학의 바이오플라스틱은 기존 석유계 플라스틱 대비 탄소 배출량을 70% 줄일 수 있어, 유럽과 북미 시장에서 높은 인기를 얻고 있다. 2025년 말 기준으로 네슬레, 유니레버, P&G 등 글로벌 소비재 기업 50여 곳과 장기 공급계약을 체결한 상태다.
합성생물학 기반 바이오제조업의 성장은 전통적인 공급망 구조에도 근본적 변화를 가져오고 있다. 기존에는 원유나 천연가스 등 화석연료에 의존했던 화학 제조업이 이제는 설탕, 전분, 식물성 오일 등 재생 가능한 바이오매스를 원료로 활용하게 되면서, 농업과 제조업 간의 연계가 강화되고 있다. 이러한 변화는 지정학적 리스크 완화와 공급망 안정성 확보라는 추가적 이익도 제공한다. 예를 들어, 브라질의 사탕수수나 미국의 옥수수를 원료로 하는 바이오제조업체들은 중동 지역의 정치적 불안정성이나 원유 가격 변동성에 크게 영향받지 않는 안정적인 생산 기반을 구축할 수 있게 되었다.
의료 분야 혁신과 맞춤형 치료제 개발
합성생물학이 가져온 가장 혁명적인 변화 중 하나는 의료 분야에서의 맞춤형 치료제 개발이다. 전통적인 의약품 개발이 평균 10-15년의 긴 개발 기간과 30억 달러의 막대한 비용을 요구했다면, 합성생물학은 이러한 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있다. 2026년 현재 CAR-T 세포치료제 시장은 전년 대비 89% 성장한 78억 달러 규모로 확대되었으며, 이는 합성생물학 기술을 활용한 면역세포 개량과 대량생산 기술의 발전에 기인한다. 특히 자동화된 세포 배양 시스템과 유전자 편집 기술의 결합으로 치료제 생산 비용이 기존 대비 60% 이상 절감되었고, 환자별 맞춤 치료제 제조 기간도 4주에서 10일로 단축되었다.
셀트리온은 한국 바이오의약품 업계에서 합성생물학 기술 도입의 선구자 역할을 하고 있다. 인천에 본사를 둔 셀트리온은 2025년 연간 매출 4조 1,200억 원을 달성하며, 글로벌 바이오시밀러 시장에서 점유율 15.7%로 3위를 기록했다. 회사는 최근 합성생물학 기반의 차세대 항체-약물 접합체(ADC) 개발에 본격 진출하여, 기존 화학적 합성 방식 대비 순도 99.8% 이상의 고품질 ADC를 생산할 수 있는 바이오공정을 구축했다. 특히 2025년 4분기 출시한 트라스투주맙 ADC는 HER2 양성 유방암 치료에서 기존 치료제 대비 완전관해율을 23%포인트 개선시키며 임상적 우수성을 입증했다. 셀트리온은 현재 이 기술을 활용한 10여 개의 차세대 ADC 파이프라인을 보유하고 있으며, 2027년까지 연간 매출 8조 원 달성을 목표로 하고 있다.
합성생물학의 의료 분야 적용에서 또 다른 주목할 만한 성과는 희귀질환 치료제 개발 분야다. 기존에는 환자 수가 적어 경제성이 떨어진다는 이유로 개발이 미뤄졌던 희귀질환 치료제들이 합성생물학 기술을 통해 비용 효율적으로 개발되고 있다. 예를 들어, 미국의 Moderna는 mRNA 기술과 합성생물학을 결합하여 메틸말론산혈증, 프로피온산혈증 등 극희귀 대사질환 치료제를 개발하고 있으며, 기존 대비 개발비용을 80% 절감하면서도 치료 효과는 크게 향상시켰다. 이러한 성공 사례들이 축적되면서 글로벌 희귀질환 치료제 시장이 2025년 2,340억 달러에서 2030년 4,200억 달러로 성장할 것으로 전망되고 있다.
개인 맞춤형 의학의 실현도 합성생물학 덕분에 현실화되고 있다. 환자의 유전자 프로파일과 질병 특성에 따라 최적화된 치료제를 설계하고 생산하는 것이 이제 기술적으로 가능해졌을 뿐만 아니라 경제적으로도 실현 가능한 수준에 도달했다. 일본의 다케다제약은 2025년 자사의 합성생물학 플랫폼을 활용하여 환자별 맞춤형 CAR-T 치료제를 개발하는 프로그램을 시작했으며, 첫 번째 임상시험에서 기존 표준 치료제 대비 생존율을 40% 개선시키는 결과를 얻었다. 이러한 성과는 향후 의료 패러다임이 ‘일률적 치료’에서 ‘개인 맞춤형 치료’로 전환될 것임을 시사한다.
합성생물학 기반 의료기술의 발전은 또한 진단 분야에도 혁신을 가져오고 있다. 바이오센서 기술과 합성생물학의 결합으로 실시간 질병 모니터링과 조기 진단이 가능해졌으며, 이는 예방의학의 새로운 전기를 마련하고 있다. 특히 암 조기 진단 분야에서는 혈중 순환 DNA를 실시간으로 분석하여 암세포의 존재를 99.3% 정확도로 검출할 수 있는 바이오센서가 개발되어 상용화 단계에 진입했다. 이러한 기술적 진보는 의료비 절감과 치료 성과 향상이라는 이중 효과를 가져다주며, 전세계 헬스케어 시스템의 지속가능성 확보에도 기여하고 있다.
2026년 현재 합성생물학 산업이 직면한 주요 과제는 규제 환경의 정비와 안전성 확보다. 각국 정부들이 합성생물학 제품의 안전성 평가 기준을 마련하고 있지만, 기술 발전 속도를 규제가 따라가지 못하는 상황이 지속되고 있다. 미국 FDA는 2025년 합성생물학 제품에 대한 새로운 승인 가이드라인을 발표했지만, 여전히 많은 영역에서 규제 불확실성이 존재한다. 이러한 상황은 기업들의 투자 의사결정에 영향을 미치고 있으며, 특히 신규 진입 기업들에게는 상당한 진입 장벽으로 작용하고 있다. 그러나 동시에 이는 기술력과 안전성을 확보한 선도 기업들에게는 경쟁 우위를 강화할 수 있는 기회이기도 하다.
투자 관점에서 볼 때, 합성생물학 분야는 여전히 높은 성장 잠재력을 보유하고 있지만 동시에 상당한 기술적, 규제적 리스크도 내포하고 있다. 2025년 글로벌 벤처캐피털의 합성생물학 분야 투자액은 134억 달러로 전년 대비 28% 증가했으며, 이는 투자자들의 지속적인 관심을 반영한다. 하지만 기술의 상용화 과정에서 예상보다 긴 개발 기간이 소요되거나 규제 승인이 지연되는 경우도 빈번히 발생하고 있어, 투자시에는 신중한 리스크 평가가 필요하다. 특히 플랫폼 기술을 보유한 기업들과 특정 응용 분야에 특화된 기업들 간의 성과 차이가 점점 벌어지고 있어, 투자 대상 선별이 더욱 중요해지고 있다. 향후 5-10년간 합성생물학 산업의 성장세는 지속될 것으로 예상되지만, 기술적 성숙도와 규제 환경 변화, 그리고 각 기업의 실행 역량에 따라 승자와 패자가 명확히 구분될 것으로 전망된다.
본 글은 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 투자 권유나 조언을 의도하지 않습니다. 투자 결정 시에는 반드시 전문가와 상담하시기 바랍니다.
