피부 마이크로바이옴 R&D 성과 '차곡차곡'

[더케이뷰티사이언스]  우리나라 바이오 사업체의 약 28%가 둥지를 틀었고, 바이오 사업 종사자 수의 약 36%가 근무하는 지역이 있다. 경기도다. 경기도는 바이오, 반도체, 미래차 분야를 3대 글로벌 첨단 산업으로 선정해 육성하고 있다.

경기도와 화성시의 미래 성장동력인 바이오화장품을 이끌고 있는 화이트바이오 혁신 클러스터 사업단(단장 이동엽)이 그 동안의 연구 성과를 공유하고 각 기관이 보유하고 있는 기술과 노하우를 이전하는 자리를 마련했다.

화성산업진흥원(원장 김광재)은 지난 9월 26일 경기도 화성 소재 푸르미르 호텔에서 ‘제3회 화이트바이오 혁신 포럼’을 개최했다. 이 포럼은 과학기술정보통신부의 ‘지역의 미래를 여는 과학기술 프로젝트’의 일환으로 과학기술정보통신부, 연구개발특구진흥재단, 경기도, 화성시가 주최했다.

화이트바이오 혁신 클러스터사업단은 과학기술정보통신부와 화성시의 지원을 받아 ‘마이크로바이옴 기술을 이용하여 인체친화형 화장품 소재를 개발하고, 경기·화성 지역의 성장 동력이 될 수 있도록 화이트바이오 클러스터를 구축, 확산하고 있다. 화이트바이오 혁신 클러스터의 기획·관리는 화성산업진흥원과 경기도경제과학진흥원이 맡고, 연구개발은 성균관대학교와 코스맥스가 핵심 과제를 맡아 경희대학교, 조에바이오, 노디너리와 기술 및 제품화 협업을 진행중이다. 사업화는 화성산업진흥원, 한국생산기술원, 비즈니스마이닝이 담당하고 있다. 사업기간은 2021년 6월부터 2015년 12월까지다.

'신유형 바이오 화장품 사업화 체계 구축' 목표

화이트바이오 혁신 클러스터사업단의 최종 사업목표는 ‘신종 스킨 마이크로바이옴의 기술경쟁력’과 ‘차세대 K-뷰티 선도 융합기술 개발’의 융합, ‘신유형 스킨 마이크로바이옴 소재 기반 천연 자기 유화기술 확보’ 등을 통해 글로벌 경쟁력을 갖춘 신유형 바이오 화장품 사업화 체계 구축(화이트 바이오 실증 테스트베드 구축, 사업화 컨설팅, 화이트 바이오 클러스터 구축 및 운영, 기업 프로그램 운영) 등이다.

화이트바이오 혁신 클러스터 사업단장인 이동엽 성균관대 화학공학부 교수는 싱가포르A*STAR 연구소 선임연구원과 싱가포르 국립대 생명화공과 교수를 역임한 시스템생명공학, 빅데이터 분석, 디지털가상세포 모델링 분야의 선도 연구자이다. 그동안 바이오공정 디지털 트윈 개발, 차세대 유전자 치료제 및 백신 개발을 위한 합성 유전자 디자인 툴 개발, 프로바이오틱스-마이크로바이옴-호스트 상호작용(삼성병원, LG생활건강, 농기평 등 다수의 산업체 및 정부과제) 등의 성과를 올렸고, 머크, GSK, 암젠, 샤이어, 타케다 등 글로벌 바이오제약 회사들과 협력연구·기술이전 경험을 갖고 있다.

이날 포럼에서 이동엽 화이트바이오 혁신 클러스터 사업단장은 “글로벌 화장품 시장은 마이크로바이옴 소재 기반 화이트바이오 화장품 기술로 패러다임 시프팅이 일어나고 있어 이를 대응하기 위한 한국형 마이크로바이옴 화장품 기술혁신이 강력히 요구되고 있지만 해결해야 할 기술 과제들이 많아 화이트바이오 혁신 클러스터를 구축했다”고 밝혔다.

BCC 리서치가 2022년 발표한 자료에 따르면, 2022~2027년 글로벌 바이오 기반 코스메틱 시장은 2022년 74억 달러에서 2027년 105억 달러로 연평균 성장률은 7.1%에 이른다. 글로벌 기업의 마이크로바이옴 사업도 활발하다. 로레알(L'ORÉAL)은 2013년 마이크로바이옴 R&D Division을 만들었고, 2019년 미국 uBiome과 공동 연구 파트너십을 체결했다. P&G는 2019년 Microbial Index of Skin Health를 개발했고, 미시간대와 마이크로바이옴 공동연구(약 350만 달러)를 시작했다. 아모레퍼시픽은 2019년 지보단(Givaudan)과 피부 미생물 연구 협업을 맺었고, 2021년 마이크로바이옴 연구 전문기업 (주)HEM과 투자 협약을 체결했다. 코스맥스는 화장품 제형 기술화를 통한 바이오 화장품 시장에 뛰어들었고, 2023년 로레알과 그린과학 및 마이크로바이옴 기반 뷰티 솔루션 개발 업무협약을 체결했다.

제품화도 활발하다. 아모레퍼시픽은 유산균 발효 용해 성분을 포함하는 플로럴바이오틱스를 함유한 ‘마몽드 프로바이오틱스 세라마이드 크림’과 Lactobacillus 발효 용해물을 함유한 탈모증상완화 두피강화 샴푸를 선보였다. LG생활건강은 건강한 20대 피부에서 많이 발견되는 유산균 사균체 성분을 함유한 ‘닥터벨머 토탈유스 바이옴 크림’을 출시했다. 토니모리는 Lactobacillus, Lactococcus, Bifidobactenum 발효 용해물을 함유한 ‘더그린티 트루바이옴 수분 에멀전’을 내놓았다.

이같은 바이오화장품은 식물, 동물, 미생물, 효소, 곤충, 유기농 농작물로부터 추출된 천연 성분을 원료로 생산된 화장품을 말한다. 피부·머리·얼굴·구강 관리 등을 위해 사용할 수 있다. 특히 화장품산업에서는 피부 마이크로바이옴 연구가 활발하다.

마이크로바이옴은 몸에 사는 미생물(microbe)과 생태계(biome)를 이르는 유전정보 전체를 말한다. 1958년 노벨 생리의학상을 수상한 미국의 유전학자 조슈아 리더버그(Joshua Lederberg)가 사용했다. 인체 세포가 60조라면 미생물은 120~500조로 추정된다. 몸무게 70kg인 성인 남자의 미생물 무게는 1~3kg 정도다.

차세대 스킨케어 화장품 카테고리 소재 '마이크로바이옴'

피부 마이크로바이옴은 피부에 서식하는 4400여종의 피부 미생물 생태계를 가리킨다. 화장품산업의 주요 키워드로 안티폴루션, 안티에이징, 선케어, 친환경 등이 꼽히는 가운데 마이크로바이옴은 차세대 스킨케어 화장품 카테고리 소재로 떠오르고 있다.

해결 과제도 있다. 낮은 인지도, 제품 기준 및 규제의 부재, 불충분한 임상적 근거, 제품 내 미생물 한도규제, 제품 성분 디자인 등이다.

이동엽 화이트바이오 혁신 클러스터 사업단장은 “일반적으로 유익균, 유해균이라는 표현을 쓰지만 좋은균, 나쁜균이 아니라 ‘발란스’가 중요하다. 건강한 피부를 위해서는 피부 균형을 어떻게 유지하느냐가 핵심이다. 이를 위해 프로바이오틱스(Probiotics), 프리바이오틱스(Prebiotics), 포스트바이오틱스(Postbiotics)에 관심을 갖고 있다”고 말했다. 프로바이오틱스(Probiotics)는 피부에 이로운 세균을 늘려주는 ‘유익균’ 첨가, 프리바이오틱스(Prebiotics)는 프로바이오틱스의 성장을 촉진시키는 영양분 첨가, 포스트바이오틱스(Postbiotics)는 피부 건강에 긍정적인 영향을 미치는 항산화, 아미노산, 펩타이드, 젖산 등 미생물 유래 발효물 첨가(피부보호, 노화방지, 보습 및 영양)를 말한다.

이 날 화이트바이오 혁신 클러스터사업단은 연구개발 사업 성과를 발표했다. 주요 성과를 보면, △스마트 바이오 에멀전 제조 기반 기술 확보 △가상 세포 모델 기반 미생물 대사 특성 및 마이크로바이옴 상호작용 시뮬레이션(다양한 식이조건에 따른 프로바이오틱스 기능성 평가 프레임 워크, 피부 환경에서 여드름균 대사 특성 및 파악 및 성장 억제 유전전 타깃 제시) △셀룰로오즈 유화제 제조 기술 이전 계약 체결 △바이오에멀젼 활용의 고도화 및 제품화 가능 프로토타입 확보 △코스맥스-로레알 마이크로바이옴 뷰티 솔루션 MOU 체결 등이다.

이동엽 단장은 “독자적인 스킨 마이크로바이오 기술을 갖기 위해 새로운 균주를 확보하는데 집중하고 있고, 글로벌 기업과의 협업을 통한 가시적인 성과는 2~3년 안에 나타날것으로 본다”고 말했다.

사업화는 5개 기업(ELISHA, NATUREMEDY, ECOMENT, CELLBYCELL, 10BOX TNTN MOM'S) 15품목에 대해 소비자품평회와 결과 평가를 거쳐 오는 11월까지 진행될 예정이다. 또 경기도와 화성시에 소재한 200개 기업에 기술 연계 및 기술지원 프로그램 운영을 진행한다.

‘화이트바이오 혁신클러스터 2.0’ 추진

이동엽 단장은 “화이트바이오 혁신클러스터의 파급 효과는 신규 나노바이오 융합 학문 기반 신연구개발 영역을 창출해 우수인재 및 고급기술을 교류할 수 있고, 글로벌 시장을 선도할 바이오화장품 신기술을 확보해 K-뷰티의 기술혁신 플랫폼을 구축할 수 있다. 또 피부과학, 계면공학, 바이오공학 기술 전문 인재를 양성해 지역산업기술인력을 공급할 수 있다”면서 “‘화이트바이오 혁신클러스터 2.0’을 통해 화이트바이오 기술 기반 확장형 신규 산업 창출 및 지역 경제 활성화와 제약, 식품, 에너지 산업을 포함한 지역산업 기술로 확대, 적용을 추진하겠다”고 밝혔다.

화이트바이오 혁신클러스터 사업단의 연구 성과 발표에 이어 기술세미나가 진행됐다. 강승현 코스맥스 부원장(전무)은 ‘Role of Skin Microbiome'을 주제로 발표했다.

강 부원장은 “우리가 배양 가능한 미생물은 2% 정도이고, 모르는 미생물은 98%에 이른다”고 소개했다. 이어 “우리 몸에 공생하는 미생물은 불필요하고 제거해야 할 대상이 아니라 우리와 같이 서로 돕고 협조해야 할 꼭 필요한 존재”라면서 “피부를 씻는 것이 자가 면역 질환을 약화시키고 피부장벽 기능을 더 악화시킨다는 논문이 있다. 홀로바이온트(Holobionts)에선 마이크로바이옴은 숙주와 함게 공생하는 것을 넘어 진화해 왔다”고 설명했다. 홀로바이온트는 호스트(Host)와 심바이온트(Symbiont)를 합친말이다. 즉, 고정되고 독립적인 개체란 없기 때문에 한 사람의 건강은 마이크로바이옴까지 모두 살펴보아야 한다는 의미로 ‘전생명체’라고 한다. 신체 건강을 위해 일부만 살펴보는게 아니라 몸 전체를 다스려야 한다는 한의학적 접근 방식과 일맥상통하는 면도 있다.

스킨 마이크로바이옴에 따라  피부 상태 다르다

또 강 부원장은 “스킨 마이크로바이옴 변화에 따라 피부 상태가 변화한다”고 강조했다. 즉, 40대라도 피부 상태를 결정짓는 미생물에 따라서 피부 상태가 다를 수 있다는 설명이다.

유전자 맞춤형화장품 사례도 소개했다. 2011년부터 항노화 관련 미생물을 찾아 연구를 진행한 코스맥스는 'Strain CX'와 'EPI-7' 균주를 배양하는 성과를 거뒀다. 코스맥스는 'Strain CX' 계열의 상재균이 젊은 연령의 여성 피부에서 많은 것을 확인하고, 세포 노화 메커니즘을 적용해 인위적으로 세포노화를 억제시켰다. 또 피부에 필수적인 지방산과 지질을 다량 생성하는 'EPI-7(Epidermidibacterium keratini)'을 세계 최초로 발견하기도 했다. 이처럼 코스맥스는 수 많은 미생물에서 특정 균주를 발견해 효능을 가진 성분을 함유한 독자적인 제품을 출시해 나가고 있다.

강 부원장은 “피부 마이크로바이옴 연구는 미생물을 분리하고, 효능 물질인 포스트바이틱스를 발굴해 피부 세포에 미치는 효능이나 매카니즘을 직접적으로 검증하는 과정을 통해 피부 상태를 개선하는 새로운 가치를 창조할 것이라고 생각한다”고 강조했다.

이어 홍울 온유 대표는 ‘화장품 표시 가능 문구’를 설명했고, 양성민 대한화장품산업연구원 선임연구원은 ‘대한화장품산업연구원 기업 지원 사업’을 소개했다.

이번 포럼과 함께 △기술이전(성균관대학교) △임상(경희대병원) △제조(코스맥스, 노디너리) △특허(비즈니스마이닝) △인증 및 지원사업(한국생산기술연구원) 등 분야별 1:1 매칭상담회 부스도 운영됐다.

"화성시 소재 400여 개 바이오 관련 기업 적극 지원"

앞서 김광재 화성산업진흥원 원장은 “전 세계는 코로나19 팬데믹과 기후 위기를 겪으면서 ESG로 상징되는 지속가능한 경제로의 전환을 요구받고 있는데, ESG 경영이 일시적 현상이 아니라 기업들의 지속가능한 미래를 위한 국제 표준으로 자리잡고 있는 만큼, 국내 기업들도 글로벌 환경에 맞춰 ESG 이슈에 대해 적극적인 방안을 마련할 필요가 있다”면서 “산학 협력을 통해 화이트 바이오 기술 기반을 구축하고 인력을 양성하는 등 지역 산업발전을 견인해 나가겠다”고 말했다.

제진수 경기도경제과학진흥원 미래성장부문 이사는 “인간의 생명과 의료 분야에만 국한되던 바이오 산업이 이제 친환경 친재생에너지의 대안으로 점차 그 적용 범위를 넓혀가고 있다. 기술 패러다임의 급격한 변화가 경영환경의 불확실성을 더욱 키우고 있지만 위기는 늘 기회를 동반한다. 이런 상황일수록 지속적인 연구 개발과 적극적인 투자를 통해서 기업의 혁신 역량을 제고시켜 미래에 대비해야 한다”고 말했다.

화성시 민생경제산업국장은 “화성시에 소재한 400여 개 바이오 관련 기업이 성공하도록 행정적 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.