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사업 목표
합성생물학기반 유해선충제어 바이오소재기술 개발
유해선충으로 인한 토양환경파괴, 대형생태계 파괴, 산업생산력 저하 등의 사회문제 해결을 위한 유해선충제어 바이오소재 기술개발 및 상용화로 국가적 환경문제 해결 및 예방, 생태복원, 국민소득증대 구현

추진 배경
- 최근 환경, 농업 등 국가산업 전반에 걸쳐 유해선충에 인한 피해 발생(예: 뿌리혹선충, 소나무재선충), 급격한 산업생산력 저하, 대형생태계파괴 확산에 따른 국가경쟁력 저하 문제 대두
- 현재는 지속가능하고 고도화된 근본적 친환경 융합

사업 목표
합성생물학기반 유해선충제어 바이오소재기술 개발
유해선충으로 인한 토양환경파괴, 대형생태계 파괴, 산업생산력 저하 등의 사회문제 해결을 위한 유해선충제어 바이오소재 기술개발 및 상용화로 국가적 환경문제 해결 및 예방, 생태복원, 국민소득증대 구현

추진 배경
- 최근 환경, 농업 등 국가산업 전반에 걸쳐 유해선충에 인한 피해 발생(예: 뿌리혹선충, 소나무재선충), 급격한 산업생산력 저하, 대형생태계파괴 확산에 따른 국가경쟁력 저하 문제 대두
- 현재는 지속가능하고 고도화된 근본적 친환경 융합기술의 개발, 적용보다 홍보-예찰-예방-매개충관리-피해목 제거 등의 행정활동에 집중해 문제해결 진행
- 기존 화학적 방제법의 독성, 낮은 효과 및 내성문제※해결을 위한 유해선충제어 바이오소재 개발역량 확보를 기반으로 한 새로운 성장동력 요구
※ 연간 약 30억 킬로그램의 살선충제 및 살충제 사용되어 높은 독성, 긴 잔류기간, 환경오염, 생태계교란 등의 문제 심화
- 유해선충제어 바이오소재 확보의 한계 극복을 위해서는 고기능 유효 활성소재 발굴, 개량, 선택적/경제적 대량생산 가능한 바이오융합 기술이 요구
- 생명과학적 이해의 바탕에 공학적 관점을 도입한 합성생물학 기술의 발전으로 고기능 유효 활성소재 확보, 개량 및 고성능 세포공장 개발이 가능해져 기존 화학합성기술로 생산이 어려운 고부가가치 바이오소재의 경제적 대량생산 및 제형화 기술 개발이 가능 → 국가적 산업경쟁력 제고에 기여
※ 친환경 생태복원 바이오소재는 일반적으로 독성 및 환경 잔류성이 낮고 사용자에게 안전하다는 장점이 있으며 합성생물학 등 최신의 융합바이오기술 기반으로 대량생산이 가능하여 유해 선충의 선택적 제어 및 경제성 확보 가능
- 합성생물학 핵심기술인 빅데이터 기반의 시스템 생물학 기술, 대사물질 회로 고속 발굴 기술, 바이오 인공지능 기술을 활용하여 신규 매커니즘 유해선충제어 바이오소재 예측/분석
- 조합생합성, 무세포합성, 바이오센서, 단백질공학 등의 합성생물학 기술로 신규 유효활성성분 고속 규명 및 고기능 유도체화가 가능. 용해도 증대, 독성감소 등 물성이 고도로 향상된 신기능 유해선충제어 바이오소재 개발
- 빅데이터 기반의 시스템 생물학 기술을 이용하여 현존하는 10,000여개 이상의 방선균, 곰팡이, 식물의 유전체 정보로부터 신규 유해선충제어 바이오소재 생산 유전자 클러스터 게놈 마이닝 가능
- 고성능 세포공장을 이용한 친환경 생태복원 유해선충제어 바이오소재의 경제적 고농도 대량생산을 위해서 빅데이터 기반의 시스템 생물학 기술, 생산경로 구성 효소 발굴/개량 기법 및 균주 개량기술, 인공지능 기반의 대사활성 분석/예측기술이 접목된 바이오융합 기술 개발
- 신규 유해선충제어 바이오소재 고생산을 위해 유전자원 낭비가 없는 최소유전체를 가지는 효율적 바이오소재 생산 고성능 미생물 세포공장 플랫폼 개발
- 유해선충제어 바이오소재가 안정적으로 현장에 적용될 수 있는 혁신적인 제형화 기술 개발
- 기술상용화로 현재 일부 고부가 채소와 과일작물에 적용되고 있는 한계 극복, 노지 재배 식량작물에 적용. 여러 농업기반 국가(베트남, 태국 등)로 수출, 고부가가치 창출 기대
- 사용제품의 독성으로 인한 생태계파괴, 환경오염 → 친환경 제품사용으로 생태계파괴, 환경오염 저감(지속가능한 환경 제공, 안전한 먹거리 확보)
- 낮은 유해선충제어 효과 → 고기능, 선택적 유해선충제어 효과(높은 산업생산성 확보로 국가 산업경쟁력 제고 및 국민소득증대 기여)
- 내성문제 → 근복적으로 내성문제 해결(고품질의 생산품, 방제예산 절감, 해외 기술수출 예상)
- 낮은 생산성 → 고성능 세포공장 활용으로 고생산, 경제성 확보(일자리 창출 성공 가능성 제고)

- SWOT 분석
강점(Strength)
- 합성생물학기술 기반 고성능 세포공장구축 친환경적 바이오소재로, 독성과 잔류위험 최소화
- 기존 식물추출물 제제 대비 유해선충 방제 활성이 매우 우수
→ 고기능 유도체화 가능
- 다양한 선충 및 선택적 방제 적용 가능
- 기존 특허 침해위험성 낮음
- 중간산물 생산으로 경제성확보 가능(신규사업화)

약점(Weakness)
- 선충방제제의 자체 항균활성으로 세포공장의 생존률 저하 위험 → 합성생물학 기술기반 저항성 균주개발 요구
- 세포공장효소의 활성 향상기술 및 신규효소개발 요구

기회(Opportunity)
- 친환경 식물보호제에 대한 현장 및 국가산업 니즈
- 정책적 뒷받침(환경규제강화)
- 선충에 의한 피해 규모 증가에 따라 선충방제제 수요 증가추세

위험(Threat)
- 가격 경쟁력 요구
- 판매 시 친환경 유기농자재 목록 공시 필요

다부처공동 R&D 추진 필요성
- 우리나라 시설재배지의 약 54%, 원예작물의 15% 이상이 유해선충 감염에 의해 생산성 감소. 기존 방제법인 담수 또는 태양열 소독 등의 처리방법은 시간적 제약 존재. 화학살충농약은 토양잔류, 약제내성발생, 토양 생태계 파괴 등의 문제 존재
- 소나무재선충 방제를 위한 훈증, 소각, 파쇄, 농약주사법은 직접적인 해결책이 아니며, 환경파괴, 경관훼손, 토양변화 등의 자연생태계 교란문제 야기
- 이러한 문제를 해결하기 위하여, 합성생물학기반 획기적 친환경 유해선충제어 바이오소재 개발, 유도체화, 대량생산 및 제형화 기술개발 필요, 현장적용이 가능한 높은 효능, 내성 미발생의 장점으로 친환경 대형생태계 복원 가능
- 6차 산업이라고 일컬어지는 농림업의 지속성(친환경 생태 복원)을 확보하기 위한 R&D 전략 필요
※ 바이오 소재 개발 및 대량생산 원천기술(과학기술정보통신부) 기반, 농산물 생산성 감소 및 산림파괴 문제해결(농림축산식품부), 유용 바이오소재 산업(세종시)의 육성
- 제2차 과학기술 기반 국민생활(사회) 문제해결 종합계획(‘18~’22)의 우선 해결할 40대 주요 사회문제 중 생활안전(먹거리안전), 재난재해(감염병) 분야와 연계되어 있으며 특히, 농업, 산림복원 등 실질적 문제해결 당사자인 관련부처와 지자체참여가 필수
- 현재 정부 주도 연구개발 사업이 추진되고 있으나 소규모 개별 연구수행으로 인해 기술 개발로부터 현장 적용까지 이어지지 않는 등 총체적 문제해결에 한계존재
- 다양한 바이오 안보를 위협하는 대상들에 대한 단계적 포트폴리오와 연구개발 전략 수립이 필요하며 기존의 연구수준을 제고하기 위한 대규모 프로그램 개발이 필요
- 원천기술개발부터 상용화까지를 목표로 하므로 부처 간 시너지 효과 및 정책 부합성을 고려한 전략적 연계추진 필요
- 합성생물학, 생명과학, 의학, 생명공학, 농축산학 등 다양한 분야에 걸친 연구로 사업의 목적 달성을 위해 신규소재 발굴 및 대량생산, 독성확인, 생태계영향(실증), 인허가 등이 요구되므로, 단일부처에서 총제적 목표달성이 어려워 다부처 공동추진이 타당

사업 내용
유해선충으로 인한 급격한 토양환경파괴, 대형생태계 파괴, 산업생산력 저하 등의 사회문제 해결을 위한 유해선충제어 바이오소재 기술개발 및 상용화로 환경피해문제 해결 및 예방, 생태복원, 국민소득증대구현, 국가경제발전에 기여

< 사업추진범위 >
- 빅데이터/인공지능 기반 유해선충제어 바이오소재 기능 극대화
- 합성생물학기반 유해선충제어 바이오소재생산 고성능세포공장구축
- 유해선충제어 바이오소재 대량생산/제형화 기술 개발 및 실증(리빙랩)
- 합성생물학 기반 유해선충제어 바이오소재 기술 개발 -
빅데이터/인공지능 기반 유해선충 제어 바이오소재 발굴 및 기능 극대화
유해선충제어 바이오소재 생산 세포공장구축 및 최적화
유해선충제어 바이오소재 대량 생산, 상업화 및 현장 적용, 실증

< 세부과제별 연구내용 >
과학기술정보통신부
1-1 세부
- 합성생물학기반 유해선충제어 바이오소재 플랫폼 균주 개발 및 제반기술확보
- 게놈 마이닝 및 시험관 전사 및 번역 시스템 기반 기술을 이용한 신규 활성물질 개발
- 고효율 유해선충제어 바이오소재 생산균주 고도화 및 대량생산을 위한 합성생물학 기술 개발
- 소재 라이브러리, 미생물 및 천연물 유래의 활성물질로부터, 고활성/저독성의 유해선충 제어 바이오소재 개발
- 유해선충제어 바이오소재의 작용기작 분석
1-2 세부
- 빅데이터 기반 유해선충제어 신규 바이오소재 생합성 대사경로 탐색기술 개발
- 합성생물학 기반 유해선충제어 신규 바이오소재 생합성 경로 규명 및 조합생합성기반 개량기술 개발
- 합성생물학, 단일세포이미징 기반 유해선충제어 신규 바이오소재 생합성 이종숙주 구축 기술 개발

1-3 세부
- 유해선충제어 바이오소재 생합성 경로 내 핵심 효소들의 구조 규명
- 유해선충제어 바이오소재 생합성 효소 기작 규명
- 생합성 효소개량 차세대 단백질공학기술 개발
- 고성능 유해선충제어 바이오소재 유도체의 AI 기반 초고속 탐색 기술 개발(고침투이행성 유도체 스크리닝 등)

농림축산식품부
2-1 세부
- 유해선충제어 바이오소재 생합성 미생물 동정 및 차세대시퀀싱 기반 유전체 재구성
- 유해선충 바이오소재의 신속 효능 분석을 위한 바이오마커 발굴
- 유해선충제어 바이오소재 생합성 미생물 전사체 및 전사 조절 반응기작 규명
- 공학적 활용을 위한 유해선충제어 바이오소재 생합성 미생물 대사 모델 개발 및 개량타겟 발굴

2-2 세부
- 무세포 단백질 발현 시스템 기반 유해선충 방제 생물 분자소재 고속/고효율 발굴 합성생물학 기술 개발
- 변이 라이브러리 기반 고속/고효율 유해선충 방제 고효능, 고용해성 및 저독성 생물분자소재 선별
- 유해선충 방제 생물분자소재 생산을 위한 세포공장 개발
- AI 및 빅데이터 기반 유해선충 제어 바이오소재 생합성 대사경로 탐색
- 합성생물학 기반 대사플럭스 개선 기술 개발
- 유해선충 제어 바이오소재 대량생산 균주 개발
- 생물분자소재 활성물질의 대량생산, 제형화 및 실증연구

2-3 세부
- 유해선충방제 미생물소재 선별 및 개량
- 미생물소재의 유해선충 방제효능 시험을 위한 ‘미생물-선충’형태의 다생물 테스트베드 구축 및 활성 미생물 선별
- 개량 미생물의 열린 환경 내 안전한 활용을 위한 생존제어 시스템 개발
- 방제활성 미생물 대량생산, 제형화 및 실증연구

세종시
3-1 세부
- 유해선충제어 바이오소재 분리정제 및 대량생산 기술개발
- 정제 바이오소재의 안전성, 안정성 분석 및 현장적용 위한 제품 인허가
- 합성생물학 기반 유해선충제어 바이오소재 고효율 생합성 세포공장 균주 검증 및 대량생산(타부처연계)
- 유해선충제어 바이오소재의 도심해충(감염병 매개체)의 유충 방역 분야 적용
- 관련 기술 및 소재의 기술이전
- 리빙랩 수행팀과 제반 기술 연구진, 대량생산 연구진의 상호 정보 교환 및 기능, 시스템 개선을 통한 유해선충제어 바이오소재의 기능 극대화 (농진청, 산림청 협조, 기업 주도)

추진 체계 및 전략
< 사업추진체계 >
< 사업추진전략 >
< 연차별 추진계획 >

성과활용 방안
소나무재선충 방제 약재
개발된 기술을 기업에 이전하여, 사업화를 추진
산림청에서 공공조달을 통해 소나무재선충 방제 약제를 발주하여 방제에 적용

선충방제 식물 보호제
개발된 기술을 기업에 이전하여, 사업화를 추진
기업은 농약품목등록이나 유기농업자재로 공시를 받고, 잔류량 0.01mg/kg 이상이면 농약 잔류기준 설정을 신청하여 판매
유해선충제어 식물보호제를 농협 등 관련단체에서 구매하여, 농산업자에게 유통
초기 수용자로는 친환경 농업인단체가 있으며, 판매 보조금을 지원하여 초기시장 창출

보건용 해충유충 제거제
개발된 기술을 기업에 이전하여, 사업화를 추진
기업은 살생물 제품 승인, 유전자 변형생물체의 유해성평가 자료를 포함하여, 동물용의약외품 품목허가를 받아 판매
지자체에서 공공조달을 통해 보건용 해충유충 제거제를 발주하여, 방역에 적용
닭 진드기 방제 약재를 축협 등 관련 단체에서 구매하여, 축산업자에게 유통
초기수용자로는 축산관련기업 및 친환경 축산업자가 있으며, 판매 보조금을 지원하여 초기시장 창출

기대 효과
기술적 기대효과
- 유해선충 바이오소재 기술 고도화를 통해 안정적이고 신뢰성 높은 소재 발굴기술 확보, 빅데이터 및 인공지능 기반의 바이오소재 분석/개량 플랫폼 기술 확보, 합성생물학 및 대사공학을 활용한 대량생산 세포공장 기술 확보 등의 첨단 기술력 제고
- 대량생산기술과 연계된 통합형의 유해선충제어 바이오 소재 대량생산-분리정제-제형화-현장적용 기술력 향상

사회적 기대효과
- 기후변화에 의한 외래 병해충의 유입확산에 따른 대형 생태계파괴, 산업생산력감소 등의 문제해결
- 전세계적으로 문제가 되고 있는 소나무 재선충 제어를 통하여 생태계파괴 방지, 국민 선호 수종 보호, 생물다양성 보존
- 선충 유사 유해 기생충 적용을 통한 사회적 보건 안전성 확보, ‘케모포비아’ 해결 방안 제시

경제적 기대효과
- 지속가능한 환경복원, 안전한 먹거리 제공, 국민보건기여, 농수산업 소득증대 및 시장경쟁력 향상기대
- 상용화 수준의 혁신적 방제기술 개발로 농업, 수산업 생산성 향상, 친환경 소재개발 상용화로 국가 환경보전 및 재난예방, 일자리 창출 성공 가능성 제고

(출처 : 요약본 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약본 ... 4
• 목차 ... 23
• 그림목차 ... 24
• 표목차 ... 26
• 제1장 사회문제해결형 다부처공동 R&D 추진 필요성 ... 28
• 제1절 사회문제 개요 ... 28
• 제2절 사회문제 원인 분석 ... 40
• 제3절 국내외 대응 동향 ... 48
• 제4절 다부처공동R&D 추진 타당성 및 추진 방향 ... 76
• 제5절 사업추진경과 ... 79
• 제2장 사업내용 ... 80
• 제1절 사업목표 ... 80
• 제2절 성과목표 및 지표 ... 90
• 제3절 사업내용 ... 92
• 제4절 부처별 세부 사업내용 ... 93
• 제5절 세부기술내용 ... 108
• 제6절 기술규제 검토 ... 126
• 제3장 사업 추진방법 ... 139
• 제1절 사업 추진전략 ... 139
• 제2절 사업 추진체계 ... 141
• 제3절 사업 기간 및 소요예산 ... 142
• 제4장 성과 활용 방안 및 기대효과 ... 145
• 제1절 사업 성과 활용 방안 ... 145
• 제2절 기대효과 ... 147
• 부록. 선행특허조사 ... 154
• 끝페이지 ... 279