“화이트바이오 혁신 기술로 경기도 화장품산업 활성화 목표”

꽤 오랜만이지 싶다. 최고 책임자가 자신의 과제를 이렇게 신명나게 줄줄 읊어대던가? (그동안 코로나19 영향으로 많은 책임자를 만나지 못한 이유도 있을듯하다.) 

이동엽 성균관대 화학공학부 교수는 지난 9월 26일 열린 ‘제3회 화이트바이오 혁신 포럼’에서도, 11월 1일 수원 성균관대 공학관에서 진행된 더케이뷰티사이언스와의 인터뷰에서도 사업 설명에 무척 적극적이었다. 차분한 말투지만, 달변이었다. 그가 요즘 몰두하는 곳은 ‘화이트바이오 혁신 클러스터 사업단’이다. 이동엽 교수는 단장을 맡고 있다.

이번에 이동엽 단장에게 주어진 임무는 지역 경제 활성화다. 이날 이동엽 단장은 “연구를 잘하는 것만 아니라 경기도 지역 기업에 기술을 전파하고 도움을 주어서 지역 활성화를 이루려는 두 마리 토끼를 잡아야 하는 어렵지만 흥미로운 과제이다”라고 강조했다.

또 이동엽 단장은 “디지털 바이오 혁신 기술이 적용된 디지털 가상세포 모델은 실험 없이 단시간 내에 균주의 대사 특성 및 프로바이오틱스 능력을 종합적으로 평가하고, 다양한 환경에 따른 대사 및 다른 마이크로바이옴과 상호작용 변화를 알 수 있다는 점에서, 화이트바이오 화장품, 건강기능식품, 생균치료제 등을 개발하는 데 매우 유용한 기술이다. 디지털 가상세포 모델이 디지털 트윈 기술과 결합한다면, 실시간으로 사용자의 피부를 마이크로바이옴을 고려하여 평가하고, 개인 맞춤형화장품 추천 및 개발에 활용될 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 

이동엽 단장은 싱가포르 국립대 생명화공과 교수와 싱가포르 A*STAR 연구소 선임연구원을 역임했다. 연구분야는 시스템생명공학, 바이오 빅데이터 분석, 디지털 가상세포 모델링 분야다. 그동안 바이오공정 디지털 트윈 개발, 차세대 유전자 치료제 및 백신 개발을 위한 합성 유전자 디자인 툴 개발, 프로바이오틱스-마이크로바이옴-호스트 상호작용에 관한 다양한 산업체 및 정부과제 등을 수행했다. 개발된 합성유전자 기술은 얼마전 ‘2023 국가연구개발 우수성과 100선’에도 선정됐다. 그리고 머크, GSK, 암젠, 샤이어, 타케다, 베링거 인겔하임 등 글로벌 바이오 제약회사들과 협력연구·기술이전 경험도 갖고 있다.

이동엽 단장에게 화이트바이오 혁신 클러스터 사업단의 전략과 화이트바이오의 미래를 들었다.

Q. 먼저 ‘화이트바이오 클러스터사업단’에 대해 소개해 주세요.

최근 전세계적으로 케미포비아, 자연주의 및 클린 뷰티 트렌드가 빠르게 확산하고 있는데, 이로 인해 식물성 및 바이오 기술 기반의 천연 원료에 대한 관심이 급증하고 있습니다. 특히 피부 마이크로바이옴과 피부 건강 간의 연관성이 밝혀지고 미생물이 새로운 바이오 화장품 소재로 각광받으면서 마이크로바이옴 기반 바이오 화장품 시장이 지속적으로 성장하고 있습니다. 이러한 글로벌 화장품 시장 트렌드에 대응하기 위해 한국에서도 마이크로바이옴을 통한 바이오 화장품 기술혁신이 요구되고 있습니다. 경기도 화성시는 화장품 기업의 수와 매출이 빠르게 성장하고 있으며, 글로벌 ODM 기업인 코스맥스가 위치하고 있어, 스타트업 및 중소 기업에게 매우 유리한 비즈니스 생태계를 제공하고 있습니다. 따라서, ‘화이트바이오 혁신 클러스터 구축 사업’은 화성시의 미래 성장 동력을 창출하기 위해 마이크로바이옴 기반 바이오화장품 산업을 활성화 하는 프로젝트입니다. 

구체적으로 스킨 마이크로바이옴 기술을 활용해 천연 자기 유화기술을 기반으로 한 인체 친화형 바이오 화장품 제제를 개발하고, 이를 이용한 신유형 바이오 화장품을 실용화하고 상품화하려는 목표를 갖고 있습니다. 사업단은 주관 기관인 성균관대학교와 8개의 참여기관(코스맥스, 노디너리, 조에바이오, 경희대학교 병원, 화성산업진흥원, 한국생산 기술연구원, 비즈니스마이닝, 경기도경제과학진흥원) 등 모두 9개 기관으로 구성되어 있습니다. 과학기술정보통신부와 화성시의 지원으로 연구개발 기간은 4년 7개월(2021년 5월~2025년 12월)이고, 예산 규모는 약 120억 원입니다. 

이번 사업을 통해 확보할 신개념 마이크로바이옴 유화기술은 다른 유화기술과 차별성이 있고, 고품질의 제품을 생산할 수 있고, 시장을 선도할 수 있는 능력을 두루 갖추고 있어, 전 세계 뷰티 솔루션을 주도하는 K-뷰티 산업의 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 또한, 이 기술이 적용된 제품 공급을 통해 화성 지역을 포함하여 경기도 내 화장품 브랜드 기업의 해외 진출과 수출에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 봅니다. 더불어, 앞으로 개발될 마이크로바이옴 유화기술은 건강 기능성 식품 및 바이오 의료 산업에 폭넓게 응용이 가능한 플랫폼 기술로 이와 관련된 산업 분야의 발전과 지역 경제에 크게 기여할 것으로 기대합니다. 

Q. 화이트바이오가 중요한 이유는 무엇인가요?

화이트바이오는 기존 화학 및 에너지 산업의 소재를 재생 가능한 바이오 기반 소재로 대체하는 산업 분야입니다. 미생물, 효소, 세포 등의 생물학적 조직 원리와 기술을 이용하여 기존의 화학적 프로세스에 비해 친환경적이고 효율적인 생산 방법을 개발하는 것이 목표입니다. 화이트바이오가 중요한 것은 최근 지구가 직면한 기후변화 및 에너지 위기가 심각한 수준이기 때문입니다. 그 대안으로 전 세계적으로 탄소 중립 선언, 국가별 플라스틱 규제, 기업의 ESG 경영 본격화 등 다양한 정책이 시행되고 있습니다. 산업계에서도 ‘탄소 중립’과 같은 환경 보호에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 화이트바이오는 이러한 환경문제의 해결책이 될 수도 있습니다. 바이오 공정은 기존 화학 공정에 비해 소비되는 에너지 및 원료와 발생하는 폐기물을 줄임으로써 제조 과정에서의 이산화탄소 발생을 저감 시키기 때문입니다. 또한 바이오 공정의 생산 원료로 이용되는 바이오매스가 이산화탄소를 흡수해 탄소 저감에 더 효율적입니다. 따라서 화이트바이오를 통해 환경 오염을 줄이고, 지속가능한 생산을 도모할 수 있다고 봅니다. 특히 화이트바이오는 뛰어난 확장성으로 다양한 산업 분야에 적용될 수 있습니다. 에너지·소재·식품·의약품·화장품 등 다양한 분야에서 바이오 공정 및 바이오 소재 활용을 통해 화석연료 의존성을 낮추고, 제품의 품질을 향상시키기 위한 노력이 잇따르고 있습니다. 또한 화이트바이오를 통한 제품 품질 향상, 새로운 제품 및 공정 개발, 생산 비용 절감 등은 산업 분야 내의 경쟁력 확보로 이어질 수 있을 겁니다. 결과적으로 화이트바이오는 새로운 비즈니스 모델과 경제적 가치를 창출할 수 있습니다. 

Q. 국내·외 화이트바이오의 동향은 어떤가요? 

BCC 리서치가 2022년 발표한 자료에 따르면, 글로벌 바이오 기반 화장품 시장은 2022년 74억 달러에서 2027년 105억 달러로 연평균 7.1% 성장할 것으로 전망됩니다. 한국농촌경제연구원이 2022년 내놓은 보고서를 보면, 국내 바이오 화장품 및 생활 화학제품의 경우, 2016년 3867억원에서 2020년 5267억원으로 이 기간 동안 연평균 8.0%의 성장률을 보였습니다.

현재 화장품 시장은 식물성, 바이오 기술 기반의 천연 소재에 대한 소비자의 요구가 강하게 증가하고 있고, 이에 자생 식물, 해양 자원, 미생물 등 천연 바이오 소재 성분 전환 및 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. La Roche Posay, Gallinee, SK-II, Clinique 등 글로벌 화장품 기업에서 고유의 프리/프로/포스트바이오틱스 성분을 개발하고, 자체 연구 및 마이크로바이옴 연구 전문기업과 공동 연구를 체결하여 피부 마이크로바이옴에 대해 활발히 연구하고 있습니다. 아모레퍼시픽, LG생활건강 등 국내 화장품 기업도 피부 마이크로바이옴에 관심을 갖고 활발히 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 코스맥스는 올해 6월 로레알 그룹과 녹색과학·마이크로바이옴 기술 기반 혁신 뷰티 솔루션 개발을 위한 업무 협약을 체결하고, 피부 마이크로바이옴 균주로부터 파생된 친환경 화장품 원료를 개발하는 연구를 진행할 예정입니다. 글로벌 시장 규모 및 연구 수준을 고려하였을 때, 국내 바이오 화장품 시장 및 연구는 아직 초기 시작 단계에 있지만, 한국의 화장품 기술력과 글로벌 인지도를 고려하면 엄청난 성장 잠재력을 가지고 있다고 판단합니다. 

Q. 새로운 균주를 찾는 작업은 ‘모래밭에서 떨어진 바늘 찾기’와 같은 작업 같습니다. 

Clinique, Gallinee 등의 많은 다국적 화장품 기업들은 고유의 스킨 마이크로바이옴 균주 및 프리/포스트바이오틱스 성분 특허를 보유하고 있습니다. 이러한 다국적 화장품 기업들이 주도하는 마이크로바이옴 시장에서 충분한 경쟁력을 갖추기 위한 가장 현실적이고 효과적인 방법은 독보적인 고기능성 신종 마이크로바이옴 균주를 개발하는 것입니다. 우리 사업단의 참여 기관인 코스맥스는 젊고 건강한 여성 피부에서 많이 나타나는 EPI-7을 세계 최초로 발견하였고 이 균주의 안티에이징·피부 보습 기능 및 피부 지질을 대사하여 발효나노 에멀젼을 형성하는 기능을 확인했습니다. 이러한 기능을 활용하여 바이오 화장품을 개발한다면, 지속가능 및 자연주의 기반으로 변화하고 있는 화장품 산업의 변화를 주도할 수 있을 것으로 기대됩니다.(이동엽 교수 연구팀은 장, 구강, 피부 등 다양한 인체 부위별 마이크로바이옴에 대해, 세포의 유전체 정보를 바탕으로 세포의 활동을 수학적으로 디지털화한 디지털 가상세포 모델을 구축하고, 환경 변화에 따른 균주의 대사 특성 및 상호작용 변화 양상을 예측하고, 이를 활용하여 인체 마이크로바이옴을 건강한 상태로 변화시키는 연구를 진행하고 있다.) 

또 살아있는 장내 유익균으로 구성된 프로바이오틱스는 개인의 식습관, 장내 미생물 조성, 프리바이오틱스, 그리고 상피세포 및 장내 미생물과의 상호작용을 통해 건강에 긍정적인 영향을 미치는데, 그 매커니즘은 매우 복잡합니다. 이 때문에 개인 맞춤형 프로바이오틱스를 개발하는 데 있어 경험적인 연구는 한계가 존재합니다. 이런 한계를 극복하기 위해, 우리 연구팀은 다양한 식이 조건에서 여러 유산균에 대해 생장, 군락화 능력, 건강 기능성 물질(포스트바이오틱스) 생산과 장내미생물과의 상호작용 등을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미리 평가함으로써 개인에게 최적화된 균주를 선정하는 새로운 접근법을 제시하고 있습니다.

Q. 바이오화장품은 코스메슈티컬(더마)화장품과 다른가요?

코스메슈티컬(Cosmeceutical)이란 화장품을 의미하는 ‘cosmetics’와 제약을 의미하는 ‘pharma-ceuticals’의 합성어로, 미용기능과 치료기능을 동시에 가지는 기능성화장품을 의미합니다. 최근 화장품·제약·바이오·의료관련기업 등에서 코스메슈티컬 분야에 활발하게 진출하고 있습니다. 코스메슈티컬(더마)화장품은 바이오화장품과 목적 및 효과, 구성성분, 규제 등에서 차이가 있습니다. 기대효과의 관점에서, 바이오화장품은 피부 건강과 미용을 위한 제품이므로 주로 피부 개선 및 영양 공급을 목표로 합니다. 반면, 코스메슈티컬은 피부 질환 및 문제를 직접적으로 치료하거나 개선하기 위해 개발되고 있습니다. 두 번째로, 바이오화장품은 식물 추출물, 균주 또는 미생물을 기반으로 한 성분 등 주로 천연 또는 생물학적 원료를 사용하여 제조됩니다. 이에 반해 코스메슈티컬은 특정 피부 문제의 치료를 위해 고도로 특화된 성분을 함유하는데, 흔히 화학적 성분이 포함됩니다. 따라서 바이오화장품은 의학적인 치료성분을 포함하지 않기 때문에 일반적으로 화장품 규제에 따라 판매되지만, 코스메슈티컬은 의학적 또는 약학적 규제를 받을 수 있습니다.

Q. 화이트바이오와 화장품산업은 어떤 연관성이 있나요? 

화이트바이오는 화장품 산업에 혁신적인 변화를 가져오며 깊은 연관성을 보여주고 있습니다. 제품 개발 및 생산의 관점에서 안전성이 높고 자연 친화적인 화장품 개발이 가능하기 때문이지요. 현재 화장품 시장은 화학물질 기피 움직임과 함께 자연주의 및 클린 뷰티의 선호 등과 바이오 기술 기반의 천연 소재의 요구가 강하게 증가하고 있어요. 화이트바이오의 생물학적 기술을 활용하면 풍부한 생물 다양성으로 인해 천연의 화장품 원료를 추출 및 생산할 수 있습니다. 이러한 천연 원료들을 활용한 화장품은 화학 성분을 배제하므로 제품의 안전성이 높고, 특히 민감성 피부에 더 적합할 수 있습니다. 제조 과정에서 생물학적 경로를 활용하는 것 또한 화장품의 안전성에 기여할 수 있어요. 여기에다 친환경적이고 지속가능한 생산을 가능하게 합니다. 내추럴과 친환경성을 강조하는 화장품 제조 업체에게 혁신적인 무기이지요. 화이트바이오는 전통적인 화장품 산업 외에도 맞춤형화장품 등 차세대 화장품 산업을 선도할 핵심 기술분야가 될 것입니다. 

Q. 화이트바이오가 맞춤형화장품과도 연결되나요? 

맞춤형화장품은 새로운 화장품 트렌드로 떠오르고 있는 분야입니다. 개개인의 피부 상태, 피부 고민, 민감도, 색조 및 향기 선호도, 패키징 등의 다양한 요소를 조합하여 맞춤형화장품을 제조할 수 있습니다. 제품 기능의 관점에서 무엇보다 가장 주목해야 할 부분은 바로 ‘피부 마이크로바이옴’입니다. 피부 마이크로바이옴은 개인의 유전자 및 환경(인종, 나이 등)에 따라 차이가 있고 각 개인의 피부마다 고유한 균형을 유지합니다. 따라서 맞춤형화장품 제조 시에는 각 개인의 피부 마이크로바이옴 조성 및 균형이 고려되어야 하는데, 피부 미생물의 건강한 균형을 유지할 수 있는 개인 맞춤형 피부 관리 전략을 개발하는 것이 중요합니다. 개인 피부 마이크로바이옴 조성을 반영한 맞춤형화장품 개발은 피부 샘플링 및 분석을 통해 특정 개인의 마이크로바이옴 구성을 파악하고, 그에 맞게 화장품의 성분 및 조성물을 조절하는 과정으로 이루어질 수 있어요. 최근 맞춤형화장품이 새로운 트렌드로 떠오르면서, 특정한 연령·성별·지역에 따른 피부 마이크로바이옴을 타깃으로 하는 화장품이 개발되고 있습니다. 개인의 피부 고민을 선택하면 이에 맞춰 제품을 제작하는 맞춤형화장품이나, 피부 유형, 민감도, 선호도 등에 따라 시중에 판매되는 화장품의 조합을 추천해주는 서비스도 나왔습니다. 마이크로바이옴 프로파일링 기술이 발달하면서, 집에서 자가 검사한 키트를 보내면 피부 마이크로바이옴을 진단하는 기술도 등장했습니다. 그러나 아직까지 개인의 스킨 마이크로바이옴을 정확히 파악하여 미생물 조성을 개선하는 개별 맞춤형화장품은 상용화되지 않았습니다. 개인별 피부 마이크로바이옴을 고려한 개별 맞춤형화장품 개발에 디지털 전환 기술을 활용할 수 있습니다. 우리 연구팀(이동엽 성균관대 교수팀)은 휴대폰 카메라, IoT 사물인터넷 등 다양한 센서 기기를 통해 사용자의 피부 상태를 실시간으로 측정하고, 디지털 가상세포 모델과 AI 기술을 활용하여 사용자의 피부를 실시간으로 진단하고 맞춤형화장품의 추천 및 생산을 하는 피부 및 화장품 분야의 디지털 트윈 기술 특허를 출원한 바 있습니다. 이와같이 화이트바이오 화장품 연구분야에서도 디지털 전환 기술을 활용할 수 있습니다. 디지털 가상세포 모델링 및 디지털 트윈 기술을 활용하여 실험 없이 단시간 내에 균주의 대사 특성 및 군락화, 포스트바이오틱스 생산, 피부 마이크로바이옴과 상호작용 등 프로바이오틱스로서의 능력을 평가할 수 있고, 나아가 향후 개인의 피부 조건과 피부 마이크로바이옴을 모델링하여 개인 맞춤형 바이오 화장품을 개발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

Q. 디지털 가상세포 모델이란 무엇인가요?

디지털 가상세포 모델이란, 세포의 유전체 정보를 바탕으로 세포의 활동을 수학적으로 디지털화 한 소위 ‘세포 네비게이터’ 혹은 ‘세포 아바타’입니다. 이를 활용하면 여러 환경 조건에서 실제 세포 상태를 모사하고, 세포의 변화 양상을 예측할 수 있어요. 이번 사업단에서도 이러한 가상세포 모델링 기술을 활용하여 EPI-7(Epidermidibacterium keratini) 균주의 가상세포 모델을 구축하고 지질 대사 관련 모델링을 정밀화하여, EPI-7 특이 지질 대사 및 유화력에 기여하는 대사 경로를 분석하고 해당 균주의 성능과 배양조건을 최적화할 수 있는 기반기술을 구축하고 있습니다. 

Q. 피부 마이크로바이옴에 관심을 갖는 이유가 궁금합니다. 

최근 마이크로바이옴(우리 몸에 함께 공유하며 살고 있는 모든 미생물의 집합)의 관점에서 유용 미생물을 증대시키거나 인위적으로 섭취, 혹은 도포하는 접근방법이 바이오 헬스케어 산업에서 빠르게 상용화되고 있습니다. 또한 마이크로바이옴과 다양한 피부 트러블 및 노화와의 연관성이 밝혀지면서 미생물이 피부 건강에 있어 핵심 요소로 주목받고 있습니다. 따라서 이러한 배경을 바탕으로 마이크로바이옴 화장품 시장의 고도화가 진행 중입니다. 피부와 피부 마이크로바이옴은 상호 이점을 제공하며 공생하는 것으로 알려져 있어요. 피부 마이크로바이옴 균형이 무너지면 피부 질병을 유발할 수 있다는 보고가 나오면서 인체 피부에 대해 피부 마이크로바이옴은 실질적인 역할을 하고있는 것으로 관심을 끌기 시작했습니다. 이후 피부 마이크로바이옴이 여드름, 건선, 노화 등 전반적인 피부 건강 뿐 아니라 아토피성 피부염, 지루성 피부염 등의 질환에도 관여한다는 사실이 여러 연구에 의해 밝혀졌어요. 최근에는 피부 안티에이징에 주요한 역할을 하고 있다는 사실도 처음으로 규명되었습니다. 다만 현재까지 많은 피부 마이크로바이옴에 대한 연구 방향은 피부에 존재하는 유익균을 늘리고 유해균을 줄여 그 분포의 균형을 맞추는 데 집중하고 있습니다. 예를 들어 단순 미생물 분쇄 또는 배양액을 활용하여 유익균을 직접적으로 피부에 이식하거나, 유익균이 소비할 수 있는 ‘먹이’ 물질인 프리바이오틱스를 활용하여 유익균의 생장을 도와 그 비율을 늘리는 방식입니다. 또는 유익균이 생산하는 물질인 포스트바이오틱스를 활용하여 유익균이 피부에 미치는 긍정적인 효과를 재현하고 있습니다. 현재 프리바이오틱스, 프로바이오틱스, 포스트바이오틱스(pre/pro/postbiotics)를 활용한 다양한 화장품들이 출시되었으며, 피부 마이크로바이옴이 바이오 화장품의 소재로서 꾸준히 각광을 받고 있습니다. 앞으로 여드름, 아토피 및 다양한 피부 질환을 치료하고 관리하기 위한 방법 중 하나로 마이크로바이옴 기반 화이트바이오 화장품을 활용할 수 있을겁니다.

Q. 제품 기준 및 규제의 부재, 충분한 임상적 근거 등 해결 과제도 있는데요. 

건강기능식품에서 프로바이오틱스가 각광받고 있지만, 피부에 다양한 미생물이 존재하며, 이들의 균형과 피부 건강이 밀접하게 연결되어 있고, 미생물 유래 화장품 원료를 통해 피부 건강을 증진시킬 수 있다는 사실은 상대적으로 새로운 개념일 수 있어, 미생물 기반 화이트바이오 화장품의 효과 및 중요성에 대한 정부와 소비자의 인식이 부족한 것이 현실입니다.

또 화장품 안전기준 등에 관한 규정에 따르면, 영·유아용 제품류 및 눈화장용 제품을 제외한 기타 국내 화장품의 경우, 미생물 한도는 1000개/g(mL) 이하로, 살아있는 생균을 화장품 원료로 활용하여 유의미한 효과를 보기 어렵고, 현행법상 사균체, 추출물 등의 프리·포스트바이오틱스만 활용되고 있습니다. 따라서, 피부 유익균을 화장품 원료로 활용할 수 있도록 미생물 한도 규제를 완화하거나, 생균 화장품에 대한 안전성 및 품질 관련 규제를 정립할 필요가 있습니다.

제품 기준 및 규제의 부재도 해결 과제입니다. 원료 성분에 생균을 포함하고 있지 않음에도, 건강기능식품을 통해 소비자들에게 널리 알려진 용어인 ‘프로바이오틱스’를 남용하여 화장품 마케팅에 활용하고 있습니다. 또한 화장품 안전 기준 규정에서 언급한 것과 같이, 현재는 생균을 화장품 원료로 사용할 수 없기 때문에 이에 대한 규제가 정립될 필요가 있습니다. 그리고, 마이크로바이옴 유래 화장품에 대한 제품 기준을 좀더 명확히 하여 관련 마케팅의 남용을 규제해야 한다고 봅니다.

임상적 근거도 아직 불충분합니다. 화장품에 대한 임상 연구를 수행하고 임상적 근거를 확보하는 것은 시간과 비용이 많이 드는 작업입니다. 때문에 화장품 원료로 사용되는 미생물의 대사체 규명 및 인체 피부에 어떤 영향을 미치는 지에 대한 임상 시험이 부족한 실정입니다. 이에 대해 최근 FDA의 움직임처럼, 모델링을 통해 근거를 마련할 경우 허가할 수 있는 방법을 고려할 필요가 있습니다.

제품 성분 디자인도 중요합니다. 피부 마이크로바이옴은 개인의 유전자 및 환경(인종, 나이 등)에 따라 큰 차이가 있고, 다양한 외부 자극에 따라 시시각각 변하는 복잡한 생태계로 이루어져 있으며, 마이크로바이옴을 포함한 이러한 복합적인 원인이 결합하여 피부 환경이 변화하고 피부 질환이 발생합니다. 따라서 다양한 요소를 고려한 포괄적인 시스템 관점에서 피부 환경을 이해하고, 이를 개선할 수 있는 미생물 유래 성분의 화장품 원료화 연구가 필요해요. 그러나 이러한 복잡한 상호작용을 고려하는 것은 매우 어려운 과제이고, 지금까지의 연구는 주로 경험적으로 진행되었으며 많은 시간과 인력, 비용이 요구되었습니다. 하지만 디지털 전환기술(디지털 가상세포 모델링, 디지털 트윈 기술 등)을 활용한다면, 화장품 원료로 사용될 수 있는 프리/프로/포스트바이오틱스가 다양한 피부 환경에 미칠 영향을 실험 없이 단시간 내에 미리 평가하여, 마이크로바이옴을 활용한 화이트바이오 화장품 성분 디자인에 획기적인 도움을 줄 수 있을 것입니다. 나아가 개인의 피부 조건과 피부 마이크로바이옴을 모델링하여 개인 맞춤형 바이오 화장품을 개발하는 데 활용될 수 있습니다.

Q. 홀로바이온트(Holobionts), 홀리스틱 뷰티(Holistic Beauty)에 대한 

논의도 늘어나고 있네요.

홀로바이온트는 host와 symbiont의 합성어로 하나 이상의 조직, 또는 조직의 집합으로 이루어진 생물체를 나타냅니다. 숙주 개체와 미생물의 상호작용을 바탕으로 한 상호의존성에 관련된 용어입니다. 특히, 내부 미생물 다양성이 생물체의 기능 및 생태학적 특성에 미치는 영향을 강조하는 생물학적 개념 중 하나이지요. 이후 마이크로바이옴에 대한 다양한 연구에서, 개체 내 미생물 군집이 실제로 신체 내 다양한 조직 및 기관의 건강과 기능에 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌습니다. 따라서 홀로바이온트의 개념을 바탕으로 하면, 한 사람의 건강을 살펴보기 위해서는 마이크로바이옴까지 모두 살펴보아야 합니다. 이때 개체에 영향을 주는 미생물의 특성 중, 각 미생물의 역할도 중요하지만, 미생물의 조성이 인체의 기능에 특히 영향을 주기 때문에 미생물 사이의 적절한 균형 (balance)을 유지하는 것이 매우 중요합니다. 따라서 피부의 기능 및 건강을 온전히 이해하기 위해서는 피부 환경과 더불어 미생물의 균형과 미생물과 인간 피부의 상호작용까지 모두 반영된 ‘전생명체’적 이해가 필요합니다. 이러한 관점에서, 화장품 개발 시에도 피부 뿐만 아니라 피부 미생물에 대한 이해가 반드시 수반되어야 해요. 홀리스틱뷰티란 홀로바이온트의 연장선에 있는 개념으로, 그 중 뷰티에 중점을 두는 것입니다. 이는 피부 건강 및 뷰티를 위한 개개의 제품 또는 접근 방식을 채택하지 않고 전반적인 건강과 미용을 포함하는 ‘전체’적인 관점을 강조합니다. 따라서 몸, 마음, 정신의 조화와 균형이 중요하며 영양, 운동, 스트레스 관리, 생활습관, 감정 등을 뷰티와 건강의 일부로 여겨 관리하는 것입니다. 이런 움직임은 ‘이너뷰티’라는 키워드로 이어지며 최근 많은 이들이 새로운 뷰티 개념으로 채택하고 있습니다. 이러한 관점을 피부미용에 적용할 때, 장내 미생물과 피부 미생물의 연결고리에 주목할 수 있습니다. 장내 미생물은 피부 미생물과 영향을 주고받으며 그 조성을 변화시키기도 합니다. 따라서 피부 건강을 위해서는 장내 미생물의 조성을 건강하게 유지할 필요가 있으며, 이는 식습관, 스트레스, 수면 등 전반적인 라이프스타일의 관리를 요구합니다. 최근 화장품 업계에는 이를 반영한 홀리스틱 뷰티의 상업화가 이루어지고 있습니다. 대표적으로 미국 The Nue 사는 화장품 뿐만 아니라, 장 건강, 스트레스, 수면 등을 관리할 수 있는 제품을 함께 판매하며 홀리스틱뷰티의 관점에서 피부와 건강을 모두 가꿀 수 있도록 하고 있습니다. 

Q. 홀로바이온트(Holobionts)는 동양의학의 접근 방식과 비슷하다는 생각도 듭니다. 

동양의학은 몸의 기능과 건강이 여러 체계나 기관, 외부환경과의 상호작용 등에서 비롯된다고 보기때문에 신체 건강을 위해서 일부만 살펴보는 것이 아니라, 몸 전체를 다스리는 관점에서 접근합니다. 홀로바이온트는 개체를 고정되고 독립적인 존재로 보지 않고, 미생물 군집과의 상호작용을 고려하는 전생명체적이고 시스템 생물학적인 접근법입니다. 최근 한 기관의 마이크로바이옴이 다른 기관의 마이크로바이옴에 영향을 미쳐 건강에 변화를 일으킬 수 있음이 다양한 연구를 통해 밝혀지면서, 하나의 기관이 마이크로바이옴에 국한되지 않고 다른 기관의 마이크로바이옴의 조성 및 상호작용까지 확장해 고려하며 건강을 유지하여야 한다는 의견까지 등장하고 있어요. 따라서 홀로바이온트와 한의학은 환자의 전반적인 건강을 위해 생명 전체를 유기적으로 살펴봐야 한다는 관점을 가지고 있어요. 다만, 실험적인 증명이나 경험적인 한계를 넘어서서 관련 기작의 설명이 동반되어야 하는데, 이 부분이 아직 미흡하지 싶습니다. 따라서 디지털 가상세포와 디지털 트윈기술이 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대합니다.

Q. 화이트바이오 클러스터사업단의 연구성과는 어떤가요? 

화이트바이오 클러스터사업단은 2021년부터 2023년까지 모두 13편의 논문 게재, 6건의 특허 출원 및 등록, 1건의 기술 이전, 그리고 12번의 수상 등 다양한 연구성과를 달성했습니다. 구체적으로 보면, 성균관대학교 연구팀은 천연 유래 셀룰로오스를 활용한 스마트 바이오 에멀젼을 개발하고 안전성을 평가했습니다. 최근 이러한 셀룰로오스 유화제 제조 기술로 기술이전 계약을 체결했습니다. 이뿐만 아니라, 성균관대학교 연구팀은 디지털 가상세포 모델 기반 미생물 대사 특성 및 마이크로바이옴 상호작용 시뮬레이션을 통해 다양한 식이 조건에 따른 프로바이오틱스 기능성 평가 프레임워크를 개발하고, 여드름균의 가상세포 모델을 구축하여 피부 환경에서 여드름균 대사 특성을 파악하고 성장 억제 유전적 타깃을 제시했습니다. 우리 사업단의 참여기업인 코스맥스는 바이오에멀젼 활용을 고도화하고 제품화를 위해 샴푸 및 세럼 제형의 프로토타입을 확보했으며, 올해 6월 로레알 그룹과 녹색과학·마이크로바이옴 기술 기반 혁신 뷰티 솔루션 개발을 위한 업무 협약을 체결했습니다. 이외에도 참여기관인 화성산업진흥원의 화이트바이오 혁신기업 육성 지원 프로그램을 통해, 경기도 소재 중소기업 5개사에 제품 개발 코디네이팅 및 데모 제작 등 사업화 과정을 지원하고, 경기도 지역 내 화이트바이오 관심 기업에 화이트바이오 화장품 기술 세미나 및 분야별 양방향 매칭 상담회를 통한 지역 내 우수인재 및 기술 교류를 추진하고 있습니다.

Q. 중소기업화장품도 화이트바이오산업에 뛰어들 수 있을까요?

중소 기업이 화이트바이오 산업에 진입을 하면 기업의 성장과 지속가능성에 도움이 될 것입니다. 물론 자체적인 기술이나 연구 인프라가 있어야 합니다. 중소기업도 화이트바이오 화장품을 개발하고, 이를 마케팅 전략의 일부로 활용한다면 기업의 성장과 브랜드 가치 향상을 이룰 수 있을 것으로 생각합니다. 

Q. 정부나 지방자치단체에서 더 지원해 주어야 할 것은 무엇일까요? 

현재 정부나 지방자치단체에서 화이트바이오 산업 지원을 위한 프로그램이 제공되고 있으나, 화이트바이오 화장품 업체 및 연구 기관에 대한 지원을 더욱 확대하여 글로벌 시장으로 진출할 수 있는 혁신적인 신제품 및 기술 개발을 도모해야 합니다. 또한 산업의 노동력 강화 및 경쟁력을 높일 수 있도록 화장품 산업에 필요한 기술 및 지식을 제공하는 교육 프로그램을 지원하고, 새로운 기업이나 기존 중소기업이 화이트바이오 화장품 시장에 진입하기 위한 제도적 지원(자금, 라이센싱, 마케팅 등)을 한다면, 화이트바이오 화장품의 경쟁력을 높이는데 도움을 줄 것입니다. 규제 측면에서, 현재 화장품 안전 기준 등에 관한 규정에 따르면 미생물 한도로 인하여 생균을 화장품 원료로 사용할 수 없고, 미생물을 원료로 한 화장품 안전성 평가에 대한 구체적인 규제가 마련되어 있지 않습니다. 따라서 엄격한 기준을 통해 피부 유익균을 화장품 원료로 활용할 수 있도록 미생물 한도 규제를 완화하거나, 생균 화장품에 대한 안전성 및 품질 관련 규제를 정립할 필요가 있어요. 또한 프로바이오틱스나 마이크로바이옴이라는 친숙한 용어를 남용한 화장품 마케팅을 규제할 수 있는 제도도 정립되어야 합니다.

Q. 사업단의 앞으로의 계획을 설명해주세요.

화이트바이오 혁신클러스터 사업단은 2021년부터 2203년까지 3년간 환경 및 피부친화 바이오 액티브 스킨 마이크로바이옴 소재 및 스마트 바이오 에멀젼 개발을 진행했습니다. 2024년부터 2025년까지는 그동안 진행되었던 기초 소재 연구를 토대로 마이크로바이옴 소재와 기능성 바이오 에멀젼의 제조 공정을 최적화 및 표준화 할 예정입니다. 또한 임상 시험을 통해 마이크로바이옴 소재의 피부 안전성 및 유효성을 검증하고, 양산 체계를 구축하여 국내 및 해외시장 진출을 위한 기능성화장품의 상품화를 계획하고 있습니다. 이를 통해 지역 내 화장품 연구 우수인재 및 고급기술을 교류하고, 글로벌 시장을 선도할 바이오 화장품 기술혁신 플랫폼을 구축하며, 화장품 연구와 관련된 기술(피부과학, 계면공학, 바이오공학 등) 전문 인재를 양성하여, 화이트바이오 기술 기반 신규 산업 창출 및 지역 경제를 활성화하려는 계획을 가지고 있습니다. 이는 화장품뿐만 아니라, 제약, 식품, 에너지 산업 등 다른 지역산업 기술로 확대 적용이 가능할 것으로 예상됩니다. 

Edited·Photos by 안용찬