단백질 엔지니어링 시장 - 글로벌 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측, 2018-2028 제품 유형(인슐린, 단일클론 항체, 응고 인자{혈액 인자 + 조직 플라스미노겐}, 백신, 성장 인자{호르몬 + 사이토카인} 및 기타 제품 유형), 기술(비합리적 단백질 설계 및 합리적 단백질 설계), 최종 사용자(제약 및 생명공학 회사, 학술 기관 및 계약 연구 기관{CRO}), 지역 및 경쟁별로 세분화

시장 개요

글로벌 단백질 공학 시장은 2022년에 25억 6천만 달러 규모로 평가되었으며, 2028년까지 CAGR 11.00%로 예측 기간 동안 인상적인 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 단백질 공학은 새로운 기능을 만들거나, 기존 기능을 개선하거나, 특정 응용 분야에 맞게 조정하기 위해 단백질을 의도적으로 설계, 수정 및 최적화하는 생명 공학의 한 분야입니다. 단백질은 화학 반응(효소)을 촉진하고, 분자를 운반하고, 구조적 지지를 제공하고, 세포 과정을 조절하는 등 생물체에서 광범위한 기능을 수행하는 필수적인 생물학적 거대 분자입니다. 단백질 공학은 단백질 구조와 기능에 대한 이해를 활용하여 이러한 분자를 다양한 목적으로 조작합니다. 분자 생물학 기술의 발전으로 특정 시퀀스를 가진 단백질을 인코딩하는 유전자를 합성하고 수정할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 연구자는 완전히 새로운 단백질을 만들거나 다양한 응용 분야에 맞게 기존 단백질을 수정할 수 있습니다.

단일클론 항체, 백신 및 기타 단백질 기반 치료법을 포함한 생물 의약품에 대한 수요가 증가하면서 주요 원동력이 되었습니다. 단백질 공학 기술은 이러한 약물의 생산 및 효능을 최적화하는 데 필수적입니다. 유전체학, 전사체학 및 단백체학의 지속적인 발전은 질병 경로에서 단백질의 역할에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 있습니다. 이러한 지식은 표적 치료법을 개발하기 위한 단백질 공학 기술에 대한 수요를 촉진했습니다. 생명 공학 및 제약 산업은 지속적인 성장을 경험했으며 연구 개발에 대한 투자가 증가했습니다. 이러한 성장은 단백질 공학 도구 및 서비스에 대한 수요를 촉진했습니다. 단백질 공학은 희귀 및 고아 질환에 대한 치료법 개발에서 중요한 역할을 했습니다. 이 틈새 시장에서 높은 수익률의 잠재력은 투자와 혁신의 원동력이었습니다. 단백질 공학은 바이오연료 생산, 식품 가공, 폐기물 관리를 포함한 다양한 산업 응용 분야에서 향상된 특성을 가진 효소를 설계하는 데 사용되었습니다.

주요 시장 동인

기술 발전

단백질 공학의 기술적 발전은 이 분야를 형성하고 제약, 생명 공학, 농업, 산업 공정을 포함한 다양한 산업에서 응용 분야를 확장하는 데 중요한 역할을 했습니다. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR) 및 CRISPR 관련 단백질 9(Cas9) 기술은 단백질 공학에 혁명을 일으켰습니다. 정밀한 게놈 편집을 가능하게 하여 유전자를 수정하고 높은 특이성과 효율성으로 단백질을 엔지니어링할 수 있습니다. 이는 약물 개발, 농업, 기초 연구에 광범위한 영향을 미칩니다. 지시 진화는 자연 선택을 모방하여 특정 기능에 단백질을 최적화하는 강력한 기술입니다. 연구자는 돌연변이와 선택의 반복적인 과정을 통해 친화력, 안정성 또는 효소 활성 증가와 같은 향상된 특성을 가진 단백질을 엔지니어링할 수 있습니다. 고처리량 스크리닝(HTS) 방법은 더욱 정교해지고 자동화되어 원하는 특성에 대한 대규모 단백질 라이브러리를 빠르게 스크리닝할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 새로운 효소, 치료용 항체 및 기타 단백질 기반 제품의 발견이 가속화됩니다. 분자 모델링 및 머신 러닝을 포함한 계산 방법의 발전으로 연구자는 엔지니어링된 단백질의 구조와 기능을 예측할 수 있습니다. 이를 통해 설계 단계에서 시간과 리소스를 절약하고 단백질-리간드 상호 작용을 이해하는 데 도움이 됩니다. 합성 생물학 기술을 통해 완전히 새로운 단백질과 생물학적 시스템을 만들 수 있습니다. 연구자는 맞춤형 기능을 가진 새로운 단백질을 인코딩하는 유전자를 설계하고 합성하여 단백질 엔지니어링의 가능성을 확장할 수 있습니다. 효모, 박테리아 및 포유류 세포와 같은 단백질 발현 시스템의 개선으로 재조합 단백질과 치료용 항체의 생산이 향상되었습니다. 이러한 발전으로 엔지니어링된 단백질의 수율과 품질이 향상됩니다.

단백질 접힘과 안정성을 이해하는 것은 단백질 엔지니어링에 매우 중요합니다. 계산 도구와 실험 기술은 단백질 구조와 안정성의 예측을 개선하여 더욱 견고한 단백질을 설계하는 데 도움이 되었습니다. 차세대 시퀀싱(NGS) 기술은 유전적 변이와 발현 패턴의 분석을 용이하게 하여 연구자들이 잠재적인 단백질 엔지니어링 표적을 보다 효과적으로 식별하고 특성화할 수 있게 했습니다. 무세포 단백질 합성 시스템은 보다 효율적이고 다재다능해졌습니다. 이를 통해 살아있는 세포가 필요 없이 단백질을 빠르게 생산할 수 있어 다양한 단백질을 엔지니어링하고 연구하기가 더 쉬워졌습니다. CrispRGold 및 Prime Editing과 같은 게놈 편집 기술의 최근 개발은 유전자 시퀀스를 수정하는 데 있어 더욱 정밀하고 제어력이 뛰어납니다. 이러한 발전은 유전자 치료 및 단백질 엔지니어링에 광범위한 영향을 미칩니다. ChIP-seq 및 단백질-DNA 교차 결합과 같은 기술을 통해 연구자들은 분자 수준에서 단백질-DNA 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 이는 유전자 조절을 이해하고 DNA 결합 단백질을 설계하는 데 중요합니다. 단일 세포 프로테오믹스 기술의 발전으로 개별 세포의 단백질 함량을 프로파일링하여 세포 이질성과 질병 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 이 요인은 글로벌 단백질 공학 시장의 발전에 도움이 될 것입니다.

성장하는 생명공학 및 제약 부문

생명공학 및 제약 산업은 생물체에서 유래한 약물인 생물학적 제제로의 전환을 목격했습니다. 여기에는 단일클론 항체, 백신 및 기타 단백질 기반 치료제가 포함됩니다. 단백질 공학은 이러한 생물학적 제제를 설계, 최적화 및 생산하는 데 중요한 역할을 하며, 보다 표적화되고 효과적인 치료에 대한 증가하는 수요를 충족합니다. 새로운 약물을 발견하고 개발하는 과정에는 종종 질병과 관련된 특정 단백질을 식별하고 수정하는 것이 포함됩니다. 단백질 공학 기술을 사용하면 이러한 단백질을 수정하여 치료적 특성을 향상시키거나 완전히 새로운 약물 후보를 만들 수 있습니다. 제약 부문은 점점 더 개인화된 의학으로 이동하고 있으며, 여기서 치료법은 개별 환자 프로필에 맞게 조정됩니다. 단백질 공학을 통해 치료 단백질을 개별 환자의 유전적 및 분자적 특성과 일치하도록 맞춤화하여 치료 결과를 개선할 수 있습니다. 단백질 공학은 환자 집단이 크지 않을 수 있는 희귀 및 희귀 질환에 대한 치료법 개발에 중요한 역할을 했습니다. 제약 산업은 이러한 틈새 시장에 관심을 보이며 단백질 엔지니어링 서비스와 기술에 대한 수요를 촉진했습니다.

생물 제약 산업은 생물 제조 공정에 의존하여 대량의 단백질 기반 약물을 생산합니다. 단백질 엔지니어링은 이러한 치료용 단백질의 발현, 수율 및 안정성을 최적화하여 효율적이고 비용 효율적인 생산을 보장합니다. 제약 회사는 혁신적이고 차별화된 제품으로 약물 파이프라인을 지속적으로 확장하고자 합니다. 단백질 엔지니어링은 새로운 생물학적 제제와 단백질 기반 치료법을 개발하여 회사가 경쟁력을 유지하는 데 도움이 됩니다. 여러 약물을 사용하여 질병의 다양한 측면을 표적으로 삼는 복합 치료법의 개발은 제약 분야에서 증가하는 추세입니다. 단백질 엔지니어링은 시너지 효과를 내는 보완적 치료용 단백질을 설계하는 데 사용할 수 있습니다. 일부 생물학적 약물의 특허가 만료됨에 따라 기존 생물학적 제제와 매우 유사한 버전인 바이오시밀러 시장이 성장하고 있습니다. 단백질 엔지니어링은 비슷한 효능과 안전성 프로필을 가진 바이오시밀러를 만드는 데 사용됩니다. 생명공학 및 제약 회사는 새로운 약물을 시장에 출시하기 위해 연구 개발에 많은 투자를 합니다. 이 투자에는 단백질 공학 연구 및 기술 개발 자금이 포함됩니다. 단백질 공학 연구에서 제약 회사, 바이오 기술 회사 및 학술 기관 간의 협업이 일반화되었습니다. 이러한 파트너십은 혁신을 주도하고 단백질 기반 치료법의 개발을 가속화합니다. COVID-19 팬데믹과 같은 사건은 신속한 백신 및 치료제 개발의 필요성을 강조했습니다. 단백질 공학은 COVID-19 백신 및 치료법 개발에서 중추적인 역할을 했으며, 글로벌 건강 문제를 해결하는 데 있어 그 중요성을 보여주었습니다. 이 요인은 글로벌 단백질 공학 시장의 수요를 촉진할 것입니다.

희귀 질환에 대한 집중 증가

희귀 질환은 고아 질환이라고도 하며 유병률이 낮아 효과적인 치료법이 부족한 경우가 많습니다. 단백질 공학은 이러한 질병에 대한 맞춤형 치료법을 개발하여 충족되지 않은 상당한 의료적 요구를 해결하는 유망한 접근 방식을 제공합니다. 희귀 질환에 대한 연구는 종종 이러한 질환의 기저에 있는 특정 유전적 돌연변이 또는 단백질 이상을 식별하는 것을 포함합니다. 단백질 공학은 희귀 질환에 관련된 분자 경로를 정확하게 표적으로 삼기 위해 치료용 단백질을 맞춤화하여 정밀 의학 접근 방식을 가능하게 합니다. 전 세계 정부와 규제 기관은 희귀 질환을 치료하기 위한 희귀 의약품 개발에 대한 인센티브를 제공합니다. 단백질 공학은 단일 클론 항체 및 효소 대체 요법을 포함하여 이러한 약물을 설계하고 최적화하는 데 도움이 됩니다. 희귀 질환은 종종 특정 단백질 이상으로 인해 발생합니다. 단백질 공학 기술은 이러한 이상을 교정하거나 보상할 수 있는 표적 요법을 개발하여 치료 결과를 개선할 수 있습니다.

희귀 질환 관련 단백질을 표적으로 삼도록 설계된 단일 클론 항체는 특정 형태의 근이영양실조증 및 리소좀 저장 장애와 같은 질환을 치료하는 데 상당한 가능성을 보여주었습니다. 단백질 공학은 희귀 유전 질환을 치료하는 데 큰 잠재력을 가진 유전자 요법과 긴밀히 연관되어 있습니다. 바이러스 벡터 또는 효소와 같은 엔지니어링된 단백질은 희귀 질환 환자에게 치료용 유전자를 전달하는 데 사용할 수 있습니다. 특정 희귀 대사 장애의 경우 효소 대체 요법이 필수적입니다. 단백질 공학 기술은 이러한 치료 효소의 안정성, 활성 및 타겟팅을 최적화할 수 있습니다. 희귀 의약품 시장은 규제 인센티브, 자금 지원 증가, 단백질 공학 기술의 발전이 결합되어 꾸준히 성장해 왔습니다. 이러한 성장은 희귀 질환에 대한 연구 개발에 대한 투자를 장려합니다. 희귀 질환 분야에서 학계 연구자, 제약 회사, 환자 옹호 단체 간의 협업이 더욱 일반화되었습니다. 이러한 협업은 단백질 기반 치료법의 연구와 개발을 가속화합니다. 희귀 질환에 전념하는 환자 단체와 재단의 강력한 옹호 활동은 연구 및 치료 개발에 대한 인식과 지원을 높였습니다. 이러한 노력은 단백질 공학 솔루션에 대한 자금 지원과 관심을 촉진합니다. 유전체학 및 프로테오믹스와 같은 진단 기술의 발전으로 희귀 질환 특정 바이오마커를 식별할 수 있습니다. 그런 다음 단백질 공학을 사용하여 진단 및 표적 치료법을 개발할 수 있습니다. 이 요인은 글로벌 단백질 공학 시장의 수요를 가속화할 것입니다.

주요 시장 과제

단백질 설계의 복잡성

단백질은 기능에 필수적인 복잡한 3차원 구조를 가지고 있습니다. 특정 구조를 가진 단백질을 올바르게 접히도록 설계하는 것은 어려운 작업입니다. 아미노산 서열의 작은 변화도 잘못된 접힘과 기능 상실로 이어질 수 있기 때문입니다. 설계된 단백질의 정확한 기능을 예측하는 것은 어려울 수 있습니다. 많은 단백질은 생물학적 시스템 내에서 다면적인 역할을 하며, 특정 기능을 수행하도록 단백질을 설계하는 것은 매우 복잡할 수 있습니다. 설계된 단백질이 안정적이고 기능적 형태로 올바르게 접히도록 하는 것은 상당한 과제입니다. 올바른 단백질 접힘을 달성하는 것은 활성과 효능에 매우 중요합니다. 단백질은 종종 리간드, 보조 인자 또는 다른 단백질과 같은 다른 분자와 상호 작용합니다. 특정 분자와 선택적으로 높은 친화도로 상호 작용하는 단백질을 설계하는 것은 복잡할 수 있습니다. 특정 단백질-단백질 상호 작용에 관여하는 단백질을 설계하는 것은 특히 어려울 수 있습니다. 서로 다른 단백질이 어떻게 상호 작용할지 예측하고 이러한 상호 작용을 정확하게 설계하는 것은 복잡합니다. 단백질 설계에는 생물학, 화학, 생물정보학 및 구조 생물학을 포함한 여러 분야의 전문 지식이 필요합니다. 이 분야의 전문가 간 협업이 종종 필요합니다.

지속 가능성 및 환경 문제

단백질 엔지니어링 연구에는 종종 실험실 장비, 소모품 및 에너지를 포함한 상당한 자원이 필요합니다. 이러한 자원 집약적 프로세스의 환경적 영향은 우려 사항이 될 수 있습니다. 치료용 단백질, 효소 및 대체 단백질(식물성 및 세포 기반 육류 등)과 같은 단백질 기반 제품의 생산은 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 생물 제조 프로세스를 최적화하여 보다 지속 가능하게 하는 것은 어려운 일입니다. 농업 및 산업 생명 공학을 포함한 다양한 응용 분야에 유전자 변형 생물체(GMO)를 개발하면 환경 및 규제 문제가 발생합니다. GMO의 안전한 사용을 보장하고 잠재적인 생태적 영향을 해결하는 것이 필수적입니다. 생물 제조 프로세스는 환경에 영향을 미칠 수 있는 폐기물과 부산물을 생성할 수 있습니다. 폐기물 흐름을 관리하고 최소화하는 것은 지속 가능성의 과제입니다. 많은 단백질 엔지니어링 프로세스에는 통제된 환경과 정확한 조건이 필요하며, 이는 에너지 집약적일 수 있습니다. 에너지 소비를 줄이고 재생 에너지원으로 전환하는 것은 지속 가능성을 위한 우선순위입니다. 단백질 공학에서 DNA 합성 및 단백질 정제를 위한 시약과 같은 화학 물질을 사용하면 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 보다 친환경적인 화학적 접근 방식을 개발하는 것은 지속 가능성의 목표입니다. 대체 단백질(식물 기반 및 세포 기반)은 종종 전통적인 동물 농업보다 지속 가능한 것으로 간주되지만 환경적 발자국은 다양할 수 있습니다. 이러한 기술의 환경적 영향을 줄이는 것은 지속적인 과제입니다.

주요 시장 동향

단백질 공학 확장

단백질 공학은 작물의 유전적 구성을 수정하여 특정 특성을 향상시키는 데 사용됩니다. 여기에는 해충 및 질병에 대한 저항력 증가, 환경 스트레스 요인(예가뭄 또는 염분)에 대한 내성 개선, 영양 성분 최적화가 포함될 수 있습니다. 단백질 공학을 통해 질병 저항성이 향상된 작물을 개발하면 화학 살충제의 필요성이 줄어들어 환경 친화적이고 지속 가능한 농업에 기여합니다. 해충 저항성을 위한 작물 공학은 수확량을 보호하고 화학 살충제에 대한 의존도를 줄여 환경과 농부 모두에게 이롭습니다. 단백질 공학은 가뭄 조건에 더 잘 견디는 작물을 만드는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 물 부족과 기후 변화 문제에 직면한 지역에서 매우 중요합니다. 단백질 공학은 비타민과 미네랄과 같은 필수 영양소의 함량을 높여 작물의 영양가를 높이는 데 적용됩니다. 작물 수확량을 개선하고 화학 투입의 필요성을 줄임으로써 단백질 공학 작물은 보다 지속 가능하고 환경 친화적인 농업 관행에 기여할 수 있습니다. 단백질 공학을 통해 설계된 유전자 변형 작물을 사용하면 토양 침식이 감소하고 온실 가스 배출이 줄어들며 농업 유출이 감소하여 환경 피해가 완화될 수 있습니다. 생물 강화는 작물의 필수 영양소 수준을 높이는 것을 포함합니다. 단백질 공학은 취약 계층의 영양실조와 영양소 결핍을 해결하기 위해 주요 작물의 생물학적 강화에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

세그먼트별 통찰력

기술 통찰력

2022년에 글로벌 단백질 공학 시장의 합리적 단백질 설계 부문이 가장 큰 점유율을 차지했으며 앞으로도 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

제품 유형 통찰력

2022년에 글로벌 단백질 공학 시장의 단일클론 항체 부문이 가장 큰 매출 점유율을 차지했으며 앞으로도 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

최종 사용 통찰력

2022년에 글로벌 단백질 공학 시장의 제약 및 생명공학 회사 부문이 가장 큰 점유율을 차지했으며 앞으로도 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

지역별 통찰력

북미 지역은 2022년 글로벌 단백질 엔지니어링 시장을 지배했습니다.

아시아 태평양 지역은 예측 기간 동안 가장 빠른 CAGR로 성장할 것으로 예상됩니다. 개발도상국인 아시아 국가는 자가면역, 심혈관 및 암 질환의 비율이 높기 때문입니다. 또한 인도와 중국과 같은 신흥 경제권의 높은 경제 발전은 이 분야의 미개척 전망에서 이 부문의 확장을 지원할 것으로 예상됩니다. 또한 이 지역의 확장은 단백질 엔지니어링 응용 프로그램의 연구 및 임상 시험을 위한 상당한 인구 기반이 제공됨에 따라 도움이 될 것으로 예상됩니다.

최근 개발

• 2021년 7월, Protomer Technologies("Protomer")라는 민간 바이오테크 스타트업이 Eli Lilly와 스타트업에 인수되었습니다. 단백질 활동의 포도당 또는 기타 내인성 조절제를 감지할 수 있는 분자를 찾고 생성하기 위해 Protomer는 특허받은 펩타이드 및 단백질 엔지니어링 플랫폼을 사용합니다. 세포 분자 활성제를 감지할 수 있는 차세대 단백질 치료법이 Protomer에서 개발되고 있습니다. 이 회사는 특허받은 화학 생물학 기반 플랫폼 덕분에 미세 분자로 조절할 수 있는 조절 가능한 활성을 가진 치료용 단백질과 펩타이드를 만들 수 있습니다. 이 방법은 Protomer에서 다양한 치료 후보를 개발하는 데 사용되었으며, 여기에는 혈당 수치를 감지하고 하루 종일 필요에 따라 자동으로 작동하는 포도당 반응성 인슐린이 포함됩니다.
• 2022년 3월, Amgen과 Generate Biomedicines 간의 연구 파트너십이 다양한 치료 도메인과 전달 시스템에서 5가지 임상 표적에 대한 단백질 치료법을 식별하고 개발하기 위해 발표되었습니다. Amgen의 생성 생물학 전략으로 인해 Digital Biologics Discovery 그룹이 형성되어 생물학, 자동화 및 단백질 공학 분야에서 회사의 최첨단 강점을 활용했습니다. 암젠에서 생성 생물학의 목표는 생물학적 경험과 전문성을 최첨단 시퀀스 기반 약물 설계 기술과 함께 활용해 다양한 까다로운 질병에 대한 복잡한 다중특이적 치료법을 개발하는 것입니다. 약물 발견에 필요한 시간을 단축하고 예측 가능한 제조 및 임상적 행동을 통해 잠재적인 선도 분자를 생산함으로써 Amgen의 생물학적 약물 발견 전문성은 Generate Biomedicines의 인공 지능(AI) 플랫폼과 결합되어 다중특이적 약물 설계를 더욱 용이하게 할 수 있습니다.

주요 시장 참여자

• Agilent Technologies Inc.
• Amgen Inc.
• Bruker Corporation
• Bio-Rad Laboratories Inc.
• Eli Lilly and Company
• Merck KGaA
• Novo Nordisk AS
• PerkinElmer Inc.
• Thermo Fisher ScientificInc.
• Waters Corporation
• Genscripts USA, Inc.
• GE Healthcare