합성생물학 시장의 급성장과 산업 재편
2025년 현재 글로벌 합성생물학 시장은 약 580억 달러 규모로 추산되며, 2020년 대비 연평균 31.2%의 폭발적 성장률을 기록하고 있다. 이는 전통적인 바이오테크놀로지 분야 중에서도 가장 빠른 성장세로, 인공지능과 결합된 생물학적 설계 능력의 혁신이 주요 동력으로 작용하고 있다. 특히 미국의 Ginkgo Bioworks(매사추세츠주 소재)와 Zymergen(현재 Ginkgo에 인수됨)이 주도하는 ‘프로그래머블 바이올로지’ 개념이 산업 전반에 확산되면서, 기존의 화학적 합성 방식을 생물학적 제조 방식으로 대체하는 움직임이 가속화되고 있다.
한국의 삼성바이오로직스는 2024년 4분기 매출 1조 2,400억 원을 달성하며 전년 동기 대비 28% 성장을 기록했는데, 이는 합성생물학 기반의 바이오의약품 위탁생산(CDMO) 수요 급증에 기인한다. 특히 인천 송도에 위치한 4공장의 가동률이 95%를 넘어서면서 추가 증설 계획을 발표했고, 2025년 하반기 완공 예정인 5공장은 연간 36만 리터 규모의 생산능력을 보유하게 된다. 이는 기존 1-4공장 총 생산능력인 36만 4천 리터와 맞먹는 수준으로, 글로벌 바이오의약품 생산 허브로서의 지위를 더욱 공고히 하고 있다.
덴마크 코펜하겐에 본사를 둔 노보자임스(Novozymes)는 합성생물학을 활용한 효소 개발 분야에서 독보적인 위치를 차지하고 있다. 2024년 연간 매출 21억 유로를 기록한 노보자임스는 자사의 합성생물학 플랫폼을 통해 개발 기간을 기존 3-5년에서 12-18개월로 단축시켰다고 발표했다. 이 회사는 특히 세탁용 효소, 바이오연료용 효소, 식품가공용 효소 등 다양한 산업용 효소를 미생물 발효를 통해 생산하고 있으며, 2025년 1분기부터는 차세대 플라스틱 분해 효소의 상용화를 시작할 예정이다.
합성생물학의 핵심 기술인 DNA 편집 및 합성 기술은 2025년 현재 염기서열 1개당 비용이 0.07달러까지 하락했으며, 이는 2020년 대비 약 80% 감소한 수준이다. 미국 캘리포니아주 에머리빌에 소재한 Twist Bioscience는 실리콘 기반 DNA 합성 플랫폼을 통해 월간 1,000만 개 이상의 올리고뉴클레오타이드를 생산하고 있으며, 이를 바탕으로 맞춤형 유전자 회로 설계 서비스를 제공하고 있다. 이러한 비용 절감은 중소 바이오테크 기업들의 시장 진입 장벽을 크게 낮추고 있으며, 2024년 한 해 동안 전 세계적으로 약 340개의 합성생물학 스타트업이 새로 설립되었다.
의료용 합성생물학의 혁신과 시장 동향
의료 분야에서 합성생물학의 가장 주목받는 응용 사례는 세포 및 유전자 치료제(CGT) 개발이다. 미국 FDA는 2024년 한 해 동안 18개의 CGT 신약을 승인했으며, 이 중 12개가 합성생물학 기술을 활용한 것으로 집계되었다. 특히 CAR-T 세포치료제 분야에서는 기존의 바이러스 벡터 대신 합성 DNA 전달 시스템을 활용하는 차세대 기술이 주목받고 있다. 펜실베이니아대학교에서 스핀오프된 Tmunity Therapeutics는 합성생물학 기반의 차세대 CAR-T 플랫폼으로 2024년 3억 달러의 시리즈 C 투자를 유치했으며, 2025년 상반기 임상 2상 시험 결과를 발표할 예정이다.
한국의 셀트리온은 2024년 바이오시밀러 매출 2조 1,800억 원을 달성하며 글로벌 3위 바이오시밀러 기업으로 자리매김했다. 특히 송도에 위치한 제2공장에서는 합성생물학 기술을 활용한 차세대 단클론항체 생산 공정을 도입했으며, 이를 통해 생산 수율을 기존 대비 40% 향상시켰다고 발표했다. 셀트리온의 합성생물학 연구센터는 2025년 현재 120명의 연구인력을 보유하고 있으며, 연간 R&D 투자액은 3,200억 원 규모에 달한다. 이는 전체 매출의 약 15%에 해당하는 수준으로, 글로벌 바이오제약 기업들의 평균 R&D 투자 비율과 유사한 수준이다.
개인맞춤형 의료(Precision Medicine) 분야에서도 합성생물학이 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 스위스 바젤에 본사를 둔 Roche는 자사의 진단 부문과 제약 부문을 연계하여 합성생물학 기반의 동반진단 시스템을 개발하고 있다. 2024년 4분기 기준으로 Roche의 개인맞춤형 의료 관련 매출은 연간 78억 스위스프랑을 기록했으며, 이 중 약 30%가 합성생물학 기술을 활용한 제품에서 발생했다. 특히 암 환자의 유전자 프로파일링을 통해 최적의 치료제를 선별하는 시스템은 치료 성공률을 기존 대비 45% 향상시켰다고 보고되었다.
마이크로바이옴 치료제 분야는 2025년 현재 가장 빠르게 성장하는 합성생물학 응용 분야 중 하나다. 미국 매사추세츠주 케임브리지에 소재한 Seres Therapeutics는 합성생물학으로 설계된 미생물 컨소시엄을 활용한 SER-109로 2024년 FDA 승인을 획득했으며, 출시 첫 해 매출 2억 3천만 달러를 달성할 것으로 예상된다. 이 치료제는 항생제 내성 클로스트리디움 디피실레 감염 치료에 사용되며, 기존 항생제 치료 대비 재발률을 70% 이상 감소시키는 것으로 임상시험에서 확인되었다.
산업용 합성생물학과 지속가능성 혁명
화학 산업에서 합성생물학의 도입은 환경 친화적 제조 공정으로의 전환을 가속화하고 있다. 네덜란드 헤를렌에 본사를 둔 DSM은 2024년 합성생물학 기반 제품 매출이 전체 매출의 35%인 약 31억 유로를 기록했다고 발표했다. 특히 비타민 B2, 비타민 E 등 영양소 생산에서 기존 화학 합성 방식 대신 유전자 변형 미생물을 활용한 발효 공정을 도입함으로써 탄소 배출량을 60% 이상 감소시켰다. DSM의 합성생물학 연구개발센터는 현재 25개국에 걸쳐 운영되고 있으며, 2025년 추가로 5개 센터를 신설할 계획이다.
바이오연료 분야에서는 차세대 바이오디젤과 지속가능한 항공연료(SAF) 생산이 상용화 단계에 진입했다. 미국 캘리포니아주 에머리빌의 Amyris는 합성생물학으로 개발한 효모 균주를 활용하여 사탕수수에서 직접 바이오디젤을 생산하는 기술을 상용화했다. 2024년 기준 Amyris의 연간 바이오연료 생산량은 12만 배럴에 달하며, 이는 기존 석유 기반 연료 대비 탄소 배출량을 80% 감소시키는 수준이다. 브라질 상파울루에 위치한 Amyris의 생산 시설은 2025년 하반기 추가 확장을 통해 연간 생산능력을 20만 배럴로 늘릴 예정이다.
식품 산업에서도 합성생물학이 혁신을 주도하고 있다. 대체 단백질 분야의 선두주자인 Perfect Day(미국 캘리포니아주 에머리빌 소재)는 유전자 변형 효모를 통해 동물성 유제품과 동일한 카제인과 유청 단백질을 생산하고 있다. 2024년 Perfect Day의 매출은 1억 8천만 달러를 기록했으며, 이는 전년 대비 85% 증가한 수준이다. 이 회사의 기술로 생산된 단백질은 기존 축산업 대비 물 사용량을 98%, 온실가스 배출량을 97% 감소시킨다고 분석되었다. 현재 Perfect Day는 싱가포르, 네덜란드, 인도에 생산 시설을 구축 중이며, 2026년까지 연간 10만 톤의 대체 단백질 생산능력을 확보할 계획이다.
섬유 산업에서는 합성생물학을 활용한 바이오 기반 소재 개발이 주목받고 있다. 미국 노스캐롤라이나주에 소재한 Bolt Threads는 거미줄 단백질을 미생물 발효로 생산하여 실크 대체 소재를 만드는 기술을 개발했다. 2024년 Bolt Threads는 아디다스, 스텔라 맥카트니 등 글로벌 패션 브랜드와 총 7억 5천만 달러 규모의 장기 공급 계약을 체결했다. 이 바이오 실크 소재는 기존 실크 대비 인장강도가 5배 높으면서도 생산 과정에서 물 사용량을 90% 절약할 수 있다고 평가되고 있다.
합성생물학 시장의 성장을 뒷받침하는 핵심 인프라는 자동화된 바이오파운드리(Bio-foundry) 시설이다. 영국 맨체스터대학교가 운영하는 Manchester Institute of Biotechnology의 바이오파운드리는 2024년 현재 월간 1,000개 이상의 유전자 회로를 설계, 제작, 테스트할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 이 시설은 로봇 자동화 시스템을 통해 DNA 합성부터 미생물 배양, 성능 평가까지의 전 과정을 24시간 무인으로 운영하고 있으며, 연구개발 비용을 기존 대비 70% 절감시켰다고 발표했다.
2025년 현재 합성생물학 산업이 직면한 주요 과제는 규제 환경의 정비와 대중의 수용성 확보다. 미국 EPA는 2024년 합성생물학 제품에 대한 새로운 규제 프레임워크를 발표했으며, 이는 기존의 화학물질 규제와는 별도로 생물학적 안전성을 평가하는 체계를 포함하고 있다. 유럽연합도 2025년 상반기 중 합성생물학 제품의 시장 출시를 위한 통합 가이드라인을 발표할 예정이며, 이는 전 세계 규제 표준의 기준점이 될 것으로 예상된다. 한국 또한 과학기술정보통신부 주도로 2025년 하반기 합성생물학 산업 육성을 위한 종합 계획을 수립할 예정이며, 향후 5년간 1조 원 규모의 정부 투자가 계획되어 있다.
투자 관점에서 볼 때, 합성생물학 분야는 2024년 전 세계적으로 총 127억 달러의 벤처캐피털 투자를 유치했으며, 이는 전년 대비 23% 증가한 수준이다. 특히 Series A 단계의 평균 투자 규모가 2,800만 달러로, 전체 바이오테크 분야 평균인 1,900만 달러를 크게 상회하고 있다. 이는 합성생물학 기술의 상용화 가능성과 시장 잠재력에 대한 투자자들의 높은 기대를 반영한다. 2025년에는 IPO를 준비 중인 합성생물학 기업이 15개 이상으로, 향후 2-3년간 공개 시장에서의 관련 투자 기회가 크게 확대될 전망이다.
이 글은 정보 제공 목적으로 작성되었으며, 투자 권유나 종목 추천을 위한 것이 아닙니다. 모든 투자 결정은 개인의 판단과 책임 하에 이루어져야 합니다.
