저궤도에서 심우주까지…부상하는 우주바이오
“우주, 최후의 개척지. 이것은 우주선 엔터프라이즈의 항해이다. 이들의 계속되는 임무는 새로운 세계를 탐험하고, 새로운 생명과 문명을 발견하고, 누구도 가보지 못한 곳으로 대담하게 나아가는 것이다.” 드라마 스타트렉은 위의 나레이션으로 시작한다. 드라마가 제작되었던 1970년대 후반은 미국과 소련 사이에 우주 경쟁이 상당 부분 진행되었던 시기다. 위의 말은 존 F. 케네디 미국 대통령이 미소간 우주 경쟁에서 내세운 '뉴 프런티어(New Frontier)', 즉 미국의 달과 우주로의 진출 선언을 차용한 것이지만, 현재 기준에서 이후 전 세계 우주개발 경쟁을 예언한 선언문처럼 들리기도 한다. 한국항공우주연구원에 따르면, 우주경제 규모는 지난해 6천300억 달러에서 오는 2035년까지 1조8천억 달러로 성장할 것으로 전망된다. 현재 우주 프로그램을 운영하는 국가는 총 80개국. 특히 일론 머스크의 스페이스X 등 민간 부문이 우주 개척이 더 많은 역할을 하게 되리란 점은 흥미롭다. 다수의 민간 우주기업이 생겨나면서 우주여행은 더 이상 드라마 속의 이야기가 아니다. 이미 우주정류장이나 우주발사체에서 민관의 연구와 영리 활동도 증가하고 있다. 바야흐로 우주 시대, 우주바이오(Space biology)의 새로운 장이 펼쳐지고 있는 셈이다. 한국과학기술기획평가원에 따르면, 우주바이오란 우주 환경에서 생명체를 연구하는 분야다. 여기에는 미세중력 환경에서 발생하는 생물학적 변화나 우주비행 과정에서 승무원의 건강 문제, 우주 공간에서의 적응, 우주 환경을 활용한 신약 개발, 질병 치료 기술 개발 등도 포함된다. 지금 왜 우주바이오일까. 우주는 여전히 우리에게 미지의 영역으로 남아있기 때문이다. 가깝게는 사이언스픽션의 배경이자, 막연한 동경의 공간으로 받아들여지는 우주 공간의 실상은 '지옥'에 가깝다. 산소는 없고, 기압도 거의 없으며, 태양 복사열로 인한 고온 및 극저온, 우주방사선(cosmic radiation), 미세중력(microgravity) 등 생명을 위협하는 요소로 가득차 있다. 인류는 이를 극복의 대상으로 바라보고 관련 연구개발을 진행해 왔다. 1960년대 초 우주비행의 발달과 함께 본격화된 우주바이오는 시대와 기술 개발의 변천에 영향을 받으며 발전해 왔으며 그 중요성은 갈수록 부상하고 있다. 우주바이오의 활용 분야인 우주의학 시장은 2023년 약 7억7천만 달러에서 2030년 16억 달러로 연간 약 11% 성장이 예상된다. 특히 아시아 지역은 중국과 일본 등 우주 역량을 보유한 국가들이 밀집해 있어 현대 우주 경쟁의 중심지로 부상하고 있다. 우리나라도 관련 연구가 한창이다. 대한민국, 우주바이오 변방에서 중심국으로 가려면 2021년 10월, 첫 번째 누리호 발사 이후 독자적인 우주발사체 기술로 2022년 6월, 2023년 5월에 각각 2, 3차 발사에 성공했다. 오는 11월 4차 발사가 예정돼 있다. 이번 발사가 주목되는 이유는 바이오 3D 프린터와 줄기세포 분화 배양기 등 두 가지 바이오모듈, 즉 '바이오캐비넷(BioCabinet)'이 탑재될 예정이기 때문이다. 탑재될 첫 번째 바이오 모듈은 우주에서 역분화 심장 줄기세포 바이오 3D 프린팅을 통한 심장 모사체의 박동 및 세포 생존을 관찰하게 된다. 두 번째 바이오 모듈에서는 편도 유래 줄기세포의 혈관 세포 분화가 관찰된다. 관련해 우주바이오 연구는 국제우주정거장(ISS)과 위성체를 통한 2가지 방식으로 진행된다. ISS의 경우, 유인 우주인이 참여해 연구를 진행할 수 있다. 또 기존에 개발된 미세생리시스템(MPS) 플랫폼을 활용할 수 있다는 점, 위성 탑재체보다 개발 기간이 짧고, 위성 탑재체 대비 우주 발사 환경이 쉽다는 장점이 있다. 물론 공동 연구 시 모든 기술을 상대측에 제공해야 하며, 전염성 및 감염이 가능한 기술에 관한 연구가 제한된다는 단점도 존재한다. 무엇보다 현재 우리나라는 사용에 제약을 받고 있다. 반면, 중국은 2022년말 톈궁 우주정거장을 완성했다. 인도도 2035년 완공을 목표로 우주정거장 건설을 추진하고 있다. 우리나라가 선택할 수밖에 없는 무인 발사체에서의 우주바이오 연구에 대한 장점 역시 존재한다. 국내 독자 연구를 통한 원천기술을 확보할 수 있고, 상대적으로 저렴한 비용, 병원성 고위험군 및 전염성 질환 연구가 가능하다. 여기에 일단 MPS 플랫폼만 구축하면 여러 우주의학 연구가 가능하다는 점도 장점으로 꼽힌다. 하지만 열악한 우주 발사 환경을 극복할 고도의 MPS 탑재체 제작 기술이 요구된다는 점, 모든 상황에 대처할 자동화된 MPS가 필요하며, 취득할 연구 결과도 제한을 갖는다는 어려움도 있다. 바이오캐비넷 연구를 주도하고 있는 박찬흠 한림대의대 나노바이오재생의학연구소장(이비인후과 교수)은 우리나라의 우주개발 계획에 우주바이오 분야가 현재보다 더 많은 지원과 예산이 투입돼야 한다고 말한다. 강점이 있는 만큼 선택과 집중이 이뤄져야만 경쟁력을 가질 수 있다는 것이다. 박 교수는 “ISS에서 사용되는 대부분의 로봇팔은 캐나다산”이라며 “우주 시장은 넓고 다양하기 때문에 우리가 잘 할 수 있는 분야를 선점해야 한다”라고 조언했다. 지금 연재를 시작하는 이유가 바로 여기에 있다. 전 세계가 우주를 놓고 각축전을 벌이고 있는 동안 대한민국이 우주개발 변방에서 중심국으로 도약하려면 어떻게 해야 할까. 바로 우주의학에서 그 실마리를 찾을 수 있으리라 봤다. 이를 위해 국내 우주의학 전문가들로부터 K-우주의학이 우주개발의 표준이 되기 위해 풀어내야 할 숙제를 하나씩 들어본다.
