현재 전 세계적으로 고령화가 급속히 진행됨에 따라 건강수명을 연장하고 삶의 질을 향상하는데 많은 관심이 쏠리고 있으며, 더불어 현대 의약이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 새로운 의약품 개발의 필요성이 대두되고 있다. 특히 천연물을 통한 신약개발은 오랜 임상경험으로 그 유효성 및 안전성이 입증되어 합성의약품의 대안으로 급부상하고 있으며, 최근에는 미국, 호주, 일본을 중심으로 건강기능식품, 화장품, 의료소재 등 많은 분야에서 새로운 원천 소재로서 해양생물을 이용한 연구가 급증하고 있다. 이에 해양수산부에서도 2004년부터 마린바이오 21사업을 시작으로 세계 해양바이오 시장을 선점하기 위한 ‘차세대 해양생명공학 추진전략 (2014~2023)’을 적극 수립하고 있다.

 

향후 전체 바이오 시장에서 해양생물이 차지하는 비중이 큰 폭으로 커질 것으로 예측되면서 제주특별자치도와 제주국제해양과학연구·지원센터에서 주목한 해양생물중 하나가 바로 해삼 (Stochopus japonicas) 이다. 해삼은 ‘바다의 인삼’이라고 해서 최고의 한방약재로 사용되었으며, 최근 중국과 일본을 비롯한 우리나라에서도 소비가 급증하고 있는 추세이다. 해삼은 전 세계적으로 1,500여 종이 있는데, 국내에는 4과 14종이 있다고 알려져 있고, 색에 따라 청해삼, 흑해삼, 홍해삼으로 나뉜다. 이 중에서도 홍해삼은 외해수의 영향이 강한 암반, 자갈지역(온대성, 제주, 울릉, 추자도)에 서식하고 콘드로이틴, 알칼리성 칼슘, 인, 마그네슘, 요오드, 알긴산 등의 영양성분이 청해삼 보다 2배 가량 높아 자양강장 효과, 항암 효과, 비만 예방, 고혈압 예방, 피부면역 강화, 미백효과 등에 효과가 있다고 알려져 있다. 현재 한방 약재로도 많이 사용되고 있고, 최근 일본 방사능 유출로 국내 해삼의 수출이 증가될 것으로 판단되어 해삼 원물자체와 이를 활용한 제품의 수출 가능성 또한 매우 높을 것으로 판단된다. 홍해삼을 포함한 해삼 제품화 관련 기술은 2000년대 후반에 본격화 되었으며 이를 활용한 고 기능성 제품화 관련 기술 개발 분야는 무궁무진한 성장 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 홍해삼 산업화 관련 국제 동향을 파악하고, 이를 통해 홍해삼을 활용한 제품 개발 및 의약원료 후보 소재 발굴을 위한 연구의 이해를 돕고자 한다.

 

 

 

■ KIOST 연구사업 소개

 

천연물을 이용한 신소재 개발 연구는 생명공학의 핵심 분야로서 고부가가치 산업의 필수 기반 기술로 여겨진다. 일찍이 이러한 점을 인식한 여러 선진국에서는 해양생물을 미래의 생리활성 신물질의 원천으로 주목하고, 새로운 부가가치 창출을 위하여 첨단 생명공학 및 생물 유기화학적 기법을 도입하는 등 해양바이오 산업을 위한 많은 연구 및 투자를 진행해왔다. 그 결과 비교적 짧은 연구기간에도 불구하고 이미 10,000종 이상의 신물질을 발견하였으며 생화학, 의·약학 등의 기초 및 응용연구에서 많이 활용되고 있다. 뿐만 아니라 강력하고 특이한 생리활성을 가진 상당수의 해양생물자원을 의약품, 기능성식품 및 화장품 등으로 개발하고 산업화에도 성공하였다. 이 중에서도 해삼은 알칼리성 식품으로 칼슘과 철의 함량이 매우 높아 성장기의 어린이나 임산부의 조혈 작용을 돕는 것으로 알려져 있다. 칼슘 흡수를 돕는 인의 양 또한 높아 칼슘 공급원으로 아주 좋은 식품으로 밝혀져 있으며, 요오드가 많아 신진대사 촉진 등에도 좋고 피부와 혈관의 노화를 방지해주는 황산콘드로이친 (chondroitin sulfate)이 들어있으며 저칼로리식품으로 비만, 성인병 예방에도 좋다고 알려져 있다. 또한, 홍해삼 추출물의 경우는 피부 개선제 및 향장제, 항암제 및 항염제, 비만 치료제 등 고부가가치를 창출할 수 있는 산업화의 원료로도 일부 활용되고 있다.

 

항암제 및 항염제, 비만치료제 등 의약품 및 고기능성 건강식품 분야에서는 1987년대 후반부터 홍해삼 및 해삼 제품화 기술 관련 특허가 꾸준하게 출원되어 왔다. 2000년대에 들어서면서 급격하게 증가하였고 특히 중국과 한국에서 해당 기술에 대한 연구개발이 집중되고 있는 것으로 확인되었다. 하지만 대부분의 특허는 해삼 양식과 관련된 부분이 주를 이루고, 양식한 해삼을 원물 혹은 건물로 추출하는 1차 산업 및 2차 산업 일부에 국한되었다.

 

 

 

해삼 및 홍해삼의 제품화 관련 기술은 1차 산업을 기반으로 기능성 및 생리활성이 가미된 2차 활용 기능성 제품을 개발하고, 2차 산업에서 생산된 제품을 3차 산업인 관광상품과 연계하여 국내 및 중국시장을 공략하며, 제주도 및 국내 1-3차 산업을 동반 성장시키는데 반드시 필요한 분야라 판단된다. 이에 홍해삼을 추출하기 위한 고효율 복합공정기술을 개발하고, 이를 활용하여 홍해삼을 산업화하기 위한 지속적인 연구개발 노력 및 정책적 지원 연구가 필요한 시점이다.

 

 

 

■ 연구내용

 

홍해삼의 피부미백, 항암, 항염증, 등의 효능은 논문 및 특허를 통해 일부 보고가 되고 있지만 아직까지 산업화 및 상용화가 되지 않았고, 효능에 대한 분자표적이 명확하게 밝혀지지 않았으므로 이에 대한 연구에 초점이 맞춰져야 한다. 홍해삼을 산업화하기 위해서는 우선 홍해삼의 고기능성 물질을 생산할 수 있는 복합공정 기술을 개발해야 하는데, 진공건조, 동결건조 등의 방법을 통하여 건조조건을 확립하고, 용매, 열수, 효소, 발효 등을 이용하여 추출물을 제조해야 한다. 또한, 성분분석을 통해 홍해삼으로부터 얻을 수 있는 유효성분을 확보하고 여기서 획득한 홍해삼 추출물을 산업화하기 위하여 다양한 기능성 평가를 수행해야 한다. 특히 고령화에 따른 각종 질환들은 단독으로 발생하기도 하지만, 복합병변으로 유발될 가능성이 높은데, 홍해삼을 포함한 해양생물에서 나온 천연물 의약활성물질의 경우 다양한 약리 활성 물질을 포함하고 있어 여러 표적에 동시에 작용할 수 있는 복합기전의 약물로의 활용성이 높다.

 

시장 규모가 큰 인공피부 개발사업의 경우, 화상환자와 더불어 당뇨성 궤양이나 용창 환자들의 증가로 인공피부의 수요가 증대될 것으로 예상되는데, 특히 홍해삼은 면역거부반응, 생체친화성, 안전성이 담보되어야 하는 의공학 소재로서의 이용가치가 매우 클 것으로 기대됨에 따라, 홍해삼 유래 피부상처 치료용 의공학 시제품 제작도 진행할 예정이다.

 

 

 

■ 국제 동향

 

 

1. 주요 쟁점별 논의 동향

 

미국, 호주, 일본 등 선진국에서는 21세기 생명공학의 핵심 분야 중 하나로 해양생물유래 의약활성물질에 대한 탐색 및 산업적인 개발을 국가적인 차원에서 지원하고 있으며, 최근에는 인도, 중국, 브라질 등에서도 해양천연물을 이용한 연구가 급증하고 있는 실정이다. 초기 해양천연물 연구는 물질의 화학적 구조 규명에 주력하였으나 점차적으로 생리활성 및 활성기전 규명 등 신약개발의 측면이 강조되었고, 이들 의약품은 효능 및 기전·분자표적도 명확히 알려져 있다. 이 외에도 이미 보고된 해양신물질 수는 14,000 종 이상이며, 많은 물질이 의약품 개발을 위하여 전임상 혹은 임상단계에 도달한 것으로 알려져 있다. 또한 의약품뿐만 아니라, 건강보조제, 기능성 화장품 등 의약외제품에 대한 연구와 더불어 임상과정 진입도 시도되고 있다. 하지만 우리나라의 경우 신제품의 개발 등 외형상으로는 성장하였으나, 질적 구조개선에 있어서는 아직도 해결해야 할 많은 문제점이 있다. 무엇보다도 시급한 것은 해양 바이오 관련 의약품 및 화장품 분야의 연구개발과 임상단계에 있는 신규물질들의 제품 출시를 위한 공정 개발, 그리고 특허 현황 분석을 통한 신규기술 선점이라 판단된다.

 

 

 

2. KIOST 연구사업에 미치는 영향

 

중국의 경우 식용 가능한 해삼류는 고가로 유통되고 있으며, 약 20조원의 대규모 시장구조를 보유하고 있으나, 연간 수요량 120만 톤 중 25만 톤만 자체 생산할 뿐, 95만 톤은 수입하는 실정이다. 이에 홍해삼 클러스터 구축을 위한 건강/기능성/의공학/의약 소재들의 탐색 및 적극 활용을 통해 전 방위적 활용가능성과 산업화 선도소재 적극 개발이 필요한 상황이다. 따라서 제주 홍해삼의 대량생산 전략 수립 및 대량양산 시스템 구축이 이루어지고 전후방 가공기술 및 관광연계 전략이 확립되면 20조원 규모의 중국 거대시장을 겨냥한 제주 특화 홍해삼의 산업화가 가능해 질 것이다. 2004년에 시작된 정부 주도의 장기연구사업인 ‘마린바이오 21사업’에서 비만, 당뇨, 골다공증 등 대사성 질환을 중심으로 해양천연물신약연구가 진행 중이지만 홍해삼을 포함한 국내 해양천연물 연구는 대체적으로 신물질 규명과 생리활성의 일차적인 탐색에 머물러 있는 실정이기 때문에 앞으로 활성기전 및 분자표적 연구의 중요성이 대두되고 있다. 따라서 향후 홍해삼의 생리활성 평가와 분자표적 발굴 및 다양한 질환에 대한 ‘맞춤치료’를 지향하는 것은 제주도 홍해삼의 고부가가치화 및 경쟁력을 확보하고, 천연 고기능성 소재로 개발 또는 다른 사업에 기술 협력을 유도하는 등 다방면으로 산업 및 경제 발전에 기여가 가능할 것이다.

 

 

 

■ 결론 및 정책 제언

 

미국, 호주, 일본 등 선진국에서는 해양생물에서 나온 의약활성물질에 대한 탐색 및 산업적인 개발단계가 1990년대 중반에 이미 성숙한 것으로 평가되고 있다. 유럽의 경우도 뒤늦은 출발에도 불구하고 빠른 성장세를 보이며, 이를 더욱 가속화하고자 하는 노력을 통해 이미 기초 생명과학 및 해양과학 분야에 뛰어난 기술력을 확보하고 있다. 우리나라에서도 2016년까지 10년 간 총 19조 1,557억 원 (연 14.8% 증가)을 생명공학 사업 확대와 신규 사업에 투자하며 생명공학 분야 세계 7위 기술 강국의 ‘바이오 경제’를 구현하기 위해 노력하고 있다. 이에 유용 해양생명자원을 활용한 천연물신약, 바이오에너지, 바이오산업신소재, 바이오생활신소재 등을 생산하는 연구 성과를 도출했으며 양적 질적 측면에서 지속적인 성장 중이다. 하지만, 다양한 분야로 연구되는 세계 경향과는 달리 국내 연구개발은 해양생물 특성을 규명하고 배양하는 연구에만 집중되어 있으므로, 향후 산업화를 위한 정부와 기업의 대대적인 관심과 지속적인 지원이 필요하다.

 

2013년 제주특별자치도에서는 홍해삼 양식 산업을 제주의 미래 산업으로 육성하기 위해 ‘홍해삼 양식 산업 발전 5개년 계획’을 확정·추진하고 있으며, 해양수산부 4대 국정과제에 포함된 양식 섬 조성사업과 연계하여 제주의 대 중화권 수출산업으로 육성할 계획이다. 특히 홍해삼 유통가공 기반을 확충하고 연관 산업을 융합한 홍해삼 클러스터를 구성해 시너지 효과를 거양해 나갈 방침이다. 또한, 홍해삼을 1,000억 원의 양식산업으로 육성하기 위하여 중화권 수출 거점기지 구축을 골자로 하는 ‘홍해삼 대량생산 체제 구축’을 세우고 제 1단계 사업으로 우도 홍해삼 양식섬 조성 및 우량종묘생산 미 중간육성체제 확립, 제 2단계 사업으로는 도내 마을 어장 60개소를 활용해 대규모 바다양식 및 육상양식장을 조성해 나갈 것이다. 연구자의 연구능력과 기업의 산업화, 정부의 지원이 융합된 홍해삼 클러스터가 잘 구축된다면 건강/기능성/의공학/의약소재들의 적극적인 활용과 산업화 선도소재에 대한 적극적인 개발이 가능하며, 나아가 무한한 가능성을 가진 고부가가치 산업도 창출할 수 있을 것이다.