1. 딥 러닝
2. 데이터 센터의 재발명
3. 가상 세계 (Game)
4. 디지털 지갑
5. 비트코인의 펀더멘탈
6. 비트코인 : 기관을 위한 준비
7. 전기자동차 (EV)
8. 자동화
9. 자율 주행 (Ride-Hailing = 카카오택시, 우버와 같은 이동을 위한 고객과 기업을 연결하는 서비스)
10. 드론 배송 (최근 소개한 Zipline 과 같은)
11. 궤도 항공우주
12. 3D 프린팅
13. 롱 리드 시퀸싱 기술 (염기서열 분석)
14. 암 검진의 다양화
15. 세포 및 유전자 치료
13. 롱 리드 시퀸싱 기술 (염기서열 분석)
롱 리드 시퀸싱이 인간 게놈(유전체, 유전자와 유전자가 아닌 모든 부분을 포함한 염기서열, 유전 정보의 총합) 의 더 완벽한 그림을 제공할 수 있다.
차세대 DNA 시퀸싱 (NGS, Nest Generation Sequencing)는 게놈 혁명의 원동력이다. 역사적으로 숏 리드 시퀸싱(일루미나 기업)의 지배를 받아왔지만 롱 리드 시퀸싱이 빠른 속도로 점유율을 높일 것으로 믿는다.
ARK는 롱 리드 기술이 숏 리드 플랫폼보다 뛰어난 정확성, 보다 포괄적인 변형의 감지 및 다양한 기능을 제공한다고 믿고 있다. 2025년 말까지, 매우 정확한 롱 리드 및 숏 리드 시퀸싱은 비용-평등(cost parity)에 근접해야 한다. 염기서열을 읽는 수익은 2020년 250M에서 2025년 5B달러로 연간 82% 증가할 것으로 예상된다.
<단어정리 - 시퀸싱, Sequencing 이란>
생물의 유전정보는 DNA 서열로 구성되어 있는데 A, T, G, C라는 네 종류의 염기가 한 줄로 늘어서 있기 때문에 서열(sequence)이라는 표현을 쓴다. (참고로 일본어에서는 ‘배열’이라고 함) 인간의 유전정보는 30억 염기서열이며, 그 말은 예를 들어 ATTGCGAGGTCA… 라는 식으로 네 종류의 알파벳이 30억 개 늘어선 것이 인간의 유전정보 전체라는 뜻이다. 물론 실제로는 30억 개가 하나로 늘어선 게 아니라, 염색체로 나누어져 있고 아버지, 어머니에게서 물려받아 두 배씩 가지고 있다. 왓슨과 크릭이 DNA 이중나선 구조를 밝혀내어 1962년 노벨상을 받은 것을 계기로 생명체를 겉모습과 세포 수준에서 보다가 더 나아가 유전정보 분자 수준까지 연구할 수 있게 된 셈이다. 따라서 각 생명체의 유전정보인 DNA 서열을 쭉 읽어서 밝혀내는 것이 그 생명체의 설계도를 읽는다는 의미를 가지게 되었고 이렇게 DNA 서열의 알파벳 순서(시퀀스, sequence)를 읽는 것을 시퀀싱(sequencing)이라고 부른다.
<단어정리 - 차세대 시퀸싱 NGS란>
대규모 병렬 시퀸싱 기술인 NGS는 DNA 가닥을 각각 하나씩 분석하는 방식으로 기존의 직접 염기서열 분석법에 비해 매우 빠르고 저렴하게 염기서열이 가능하다는 장점이 있다. NGS를 통해 전체 염기서열을 신속하게 분석하고 표적 영역을 심층적으로 배열하며, 새로운 RNA 변이체 발견, 단백질 상호 작용과 같은 후천적 유전학적 요인 분석, 희귀 차세대 변이와 종양, 암 등을 연구하기 위한 암 샘플 시퀸싱, 새로운 병원체 식별 등이 있다. NGS 기술로 Covid19를 추적하고 신속하게 감지하며 분석을 통해 바이러스 돌연변이를 식별한다. 전세계 90%가 일루미나의 NGS 제품을 사용한다.
게놈 툴킷은 생물학에 더 풍부하고 정확한 시각을 제공하기 위해 확장하고 있다. 1세대 시퀸싱, 2세대 시퀸싱(숏 리드), 3세대 시퀸싱(롱 리드)로 확장하고 있는 중이다.
역사적으로 연구자들은 SRS(숏 리드 시퀸싱)와 LRS(롱 리드 시퀸싱) 중 하나를 선택해야 했다. 두 시스템 모두 게놈을 더 작은 조각으로 쪼개고 고해상도 광학 장치로 파편을 분석하여, 알고리즘으로 게놈을 재조립한다. SRS는 다수의 작은 조각(150bp)을 합치는 방법인데 이 방법은 작은 돌연변이는 포착하지만 큰 분열, 반복적인 게놈 영역에 숨겨진 돌연변이는 감지하지 못한다. 구형 LRS 시스템은 10,000bp 이상으로 판독하여 기본 레벨에 비해 정확도는 낮았지만 보다 완벽한 그림을 제공했다.
LRS 비용이 SRS 비용에 수렴함에 따라 많은 임상이 LRS로 전환될 수 있다. LRS와 SRS는 2025년까지 비용이 같아질 수 있다. 구글의 DeepVariant와 같은 딥 러닝 알고리즘에 의해 촉매되는 합성 및 나노포어 기반 LRS 방법은 모두 성능을 빠르게 향상시킬 수 있다.
현재는 기본 레벨에 비해 정확도가 낮지만, 나노포어 기반 LRS는 전체 인간 게놈 시퀸스를 약 500달러에 할 수 있으며, 이는 SRS보다 비용이 효과적이다. 합성 기반의 LRS는 SRS보다 2.5배 정확하고 나노포어 기반 LRS보다 30배 더 정확하다.
<단어 정리 - 라이트의 법칙>
1936년 테오도르 라이트의 Wright's Law는 누적 생산의 함수로 생산 단위가 2배 늘어날수록 15%의 비용 절감이 일어난다. 모든 산업에서 적용되는데 테슬라의 차량 생산이 늘어남에 따라 비용이 감소하여 마진이 높아지는 현상, 데이터의 누적에 따라 비용의 감소를 예로 들 수 있다.
라이트의 법칙에 따라 설치 기반에서 생성된 데이터 누적 두 배당 합성에 대한 LRS 비용이 감소하고 28% 지속적으로 감소할 것이다. 주로 비용과 처리량의 향상에 따라 영향을 받고 LRS의 고유한 기능은 더 넓게 채택되어야 한다. LRS는 증폭이 필요하지 않고 메틸화를 감지하며 전체 RNA 분자에서 가능하다.
ARK의 추정에 따르면, 장기 판독 기술로 인간 게놈 전체를 시퀸싱하는 비용은 100~200달러로 떨어질 것이며, 2025년 말까지 모든 변형 유형에 걸쳐 SRS보다 정확도가 우수할 것이다. 그렇다면 앞으로 롱 리드 시퀸싱의 선두주자가 될 기업은?
ARK는 여러 시퀸싱 애플리케이션에 대해 LRS가 우수하다고 믿고 있다.
소아 집중 치료 설정 내의 신속한 전체 게놈 시퀸싱(WGS)과 같은 일부 임상 애플리케이션은 보상률이 높아 진단 제공업체가 LRS로 전환할 수 있는 유연성을 제공한다. 유전체 분위가 쉽거나 배열하기 어려운 모든 크기의 유전자 변형에서도 LRS 도구는 시퀸스 상황에 관계없이 가장 포괄적인 변형 검출을 제공한다.
소아암은 숨겨진 단일핵산 변형, 유전, 구조 변형, 메틸화 등과 같은 고유한 분자 동인을 갖고 있고 LRS 및 광학 매핑 계측기에 더 적합하다. 전 세계적으로 3억 5천만명의 사람들에게 영향을 미치는 많은 희귀병들은 유전적이다. 짧은 판독 WGS표면은 병 원인의 50%를 차지하여 많은 환자 진단을 하도록 만든다. 일반적인 유전 질환, 특히 신경학적 질환은 LRS가 진단할 수 있는 있다. 모집단과 다양한 그룹에서 구조적 변화를 연구하는 것은 분자 진단의 정확성을 높이는 데 필수적이다.
ARK는 LRS 시장이 2025년까지 연평균 82%의 성장률을 보일 것으로 예상하고 있고 LRS에 대한 수요가 변곡점에 도달하고 있다고 보고 있는데, 이는 낮은 시퀸싱 비용과 매우 정확하고 완전한 결과에 대한 필요성 때문이다.
소모품, 기기 및 서비스의 시퀸싱을 포함하여 LRS 수익은 2025년까지 250M에서 5B로 25배 확대될 수 있다고 본다. 특히 액체 생검이 종양학의 치료 표준이 되면서 SRS가 시퀸싱 시장을 계속 지배할 것이다.
14. 다양한 암 검진 (Multi-Cancer Screening)
액체 생물검사가 역사상 어떤 의료의 개입보다 더 많은 암으로 인한 사망을 예방할 수 있다.
ARK의 연구에 따르면 혁신적인 기술의 융합으로 다양한 암의 검진 비용이 2015년 30K에서 현재 1,500달러로 20배 가량 감소했고 2025년에는 80% 이상 감소에서 250달러로 감소해야 한다.
결과적으로 암 검진 시장은 미국에서 150B 달러로 확장될 것이다. 이 암 검진 프로토콜은 미국에서 매년 6만 6천명의 암 사망자를 방지하여 140만 명의 생명을 구할 수 있다.
조기 진단으로 암 치료가 성공할 수 있다.
모든 종양은 국소적이고 치료 가능한, 전이성 및 치사성으로 예측 가능한 경로를 따르기 때문에 조기 발견의 근거를 제공한다. 전이성 암은 신규 환자의 17%에 불과하지만 5년 동안 전체 암 사망자의 55%에 해당한다. 국부암의 가중평균 5년동안 생존율은 89%이지만 전이성 암은 24%에 불과하다.
단일 혈액검사로 수십 개의 초기 암 검진을 할 수 있다. 혁신적인 기술의 조합으로 검사 비용을 절감할 수 있다.
체형 돌연변이, 순환 단백질, 면역 signatures와 함께 머신 러닝 알고리즘은 초기 암 검출을 위한 새롭고 매우 민감한 생체 지표로 DNA 메틸화를 표면화했다. 차세대 DNA 염기서열 (NGS)의 빠른 비용 감소로 액체 생물검사가 가능해지고 있다. 합성 생물학의 발전은 임상의가 혈류 같은 고소음 환경에서 암의 희미한 신호를 발견하는 데 도움을 주고 있다.
빠른 비용 감소로 인해 암 검진이 보상 가능한 가격대에 근접하고 있다. 인구 규모의 임상 효용 데이터가 급증함에 따라 ARK는 1,500달러 가격표를 통해 65세~80세 사이의 암 발병률이 가장 높은 연령대를 대상으로 암 검진 시장이 개방될 것으로 보고 있다. 가격이 1,000달러 이하로 떨어짐에 따라 40세 이상의 거의 모든 연령층이 비용 효율적으로 암 검사를 받을 수 있으며 잠재적으로 최대 비용을 절감할 수 있다. 미국에서는 140만 년의 인간의 삶이 있다.
다암 검진을 통해 미국에서 연간 66,000명의 암 사망자를 예방할 수 있다.
혈액 기반, 다중 암 검사는 전이성 진단의 40%를 예방하고 국부적 진단의 10%를 증가시킬 수 있다. 암 치료의 개선이 없더라도 ARK는 조기 개입이 가능할 것으로 추정한다.
암 검진을 비롯한 다른 유전자 기술이 종양학을 변화시키고 있다.
유전성 암 검사는 암 검사의 시작과 빈도에 영향을 미칠 수 있다. 다암 검진은 암을 조기에 치료 가능한 단계로 탐지할 수 있고 단일 암 검사는 여러 형태의 암을 발견하는 데 중요한 역할을 한다. 분자예측검사는 병리학자들이 과민한 암과 나태한 암을 구별하는 데 도움을 줄 수 있어 과잉 치료를 줄일 수 있다. 체외 및 최소 잔류 질환 (MRD) 검사를 통해 종양학자는 수술 절제를 최적화하고 정밀 치료법을 식별하며 암 재발 여부를 모니터링할 수 있다.
1,500달러 단가가 시장을 잠식시킬 수 있고 1,000달러 단가는 암 사망률 곡선을 바꿀 수 있다.
혁신적인 기술 간의 융합으로 다암 검진 비용은 2015년 3만 달러에서 현재 1,500달러로 20배 낮아졌고 2025년에는 250달러로 80% 이상 더 낮아질 것이다. 완전히 채택된다면 다암 검사는 미국 내에서만 1,500억 달러의 시장으로 확대될 것이다.
15. 세포 및 유전자 치료 (Cell and Gene Therapy, 2세대)
세포와 유전자 치료는 초기 단계에 있다.
2세대 세포 및 유전자 치료는 액체에서 고체 종양까지, 전유전자 세포치료에 대한 자가치료, 생체외 유전자편집이 되어야 한다. 새로운 세포 및 유전자 치료 기술 혁신은 종양 치료의 총 해결 가능한 시장을 20배 이상 증가시킬 수 있다.
암 치료법이 액체에서 고체 종양으로 바뀌고 있다. 전형적으로 암 치료법은 먼저 액체 종양을 검사한다. 그러나 고형 종양은 진단된 암의 88%를 차지한다. 미국 식품의약국(FDA)는 10년간의 시험 후 경구용 화학요법인 글리벡을 승인했으며, 그 중 7년은 고형 종양이었다. 이 일정은 FDA가 2025년에 고형 종양에 대한 최초의 CAR-T 치료를 승인할 수 있음을 시사한다. 인공지능, 유전자 편집 및 차세대 시퀸싱(NGS)으로 인해, 고장률 및 출시 시간이 감소하여 승인률이 빨라져야 한다.
종양학 실험이 자율적 세포 치료에서 이질적 세포 치료로 바뀌고 있다. 모든 유전적 세포 치료는 기증된 세포를 수반하는 반면, 자가 세포 치료는 환자 자신의 세포를 수정한다. 모든 유전적 치료의 한 가지 위험은 환자의 면역 체계가 새로 설계된 세포를 공격하게 된다. 이러한 위험에도 불구하고, 모든 유전 세포는 암의 초기 단계에서 치료를 촉진하고 비용을 절반으로 줄일 수 있다. 현재 유전자 치료 실험 중 완료된 실험의 40%, 환자 모집 단계의 47%가 모두 유전체였다. ARK의 관점은 모든 유전적 시험으로의 전환이 계속될 것이라 한다.
유전자 치료법이 체외에서 체내 편집으로 바뀔 수 있다. 체외는 몸 밖에서 세포를 수정하여 환자에게 다시 이식한다. 체내 유전자 치료는 몸 안의 환자의 세포를 변형시킨다. 체내 치료법은 체외와 달리 전이 전 편집된 세포를 확인할 수 없다. 즉, 생체내 유전자 치료가 더 비용 효과적이고 제조와 확장이 용이하다. 그것은 또한 간, 눈, 중추신경계, 그리고 근육에 더 많은 접근이 가능하게 한다.
2010년 이후 유전자 치료 및 편집 실험이 5배 증가했다.
지금까지 FDA는 단지 10개의 유전자 치료법만을 승인했고 2020년 말 712건의 활성 유전자 치료 임상시험이 진행 중이며, 이 중 238건이 2020년에 개시됐다. 일반적인 시험성 질환률에 따라, 약 170개의 유전자 치료법이 향후 10년 동안 승인되고 상용화 될 것으로 보인다.
ARK의 추정으로는 세포와 세포 면역 치료는 250B의 부수입을 창출할 수 있다고 한다.
TIL, TCR 및 CART 세포 치료법을 포함한 세포 면역 치료법의 혁신은 TAM을 3배 증가시켜 현재 13B에서 30B를 추가할 수 있다. 모든 유전적 치료법은 암의 초기 단계에서 더 쉽게 적용할 수 있게하여 잠재적으로 TAM을 70B로 증가시킬 수 있다. 세포 치료 혁신과 전유전자 세포의 조합은 150B 달러를 더하고 종양학 유전자 치료에 대한 전체 TAM을 약 20배 증가시켜 260B 달러 이상을 달성할 수 있다. 생체내 유전자 치료는 시간이 지남에 따라 수천 개의 희귀병을 치료할 수 있는 유전자 편집을 가능하게 할 수 있다.
* 항상 정보는 정보로 받아들여야 하고, 그대로 믿고 투자해서는 안된다.
딥 러닝, 디지털 지갑, 배터리 기술, 자율 기술, 관련 시장의 위험, 파괴적 혁신의 위험, 규제 위험 등에 유의해야 한다. 드론, DNA 시퀸싱, CRISPR(크리스퍼), 로보틱스, 3D 프린팅, 비트코인, 블록체인 기술은 암호화폐 리스크가 있고 가상화폐는 디지털 자산이다. 암호화폐는 신흥 자산인데 수천 개의 암호화폐 중 가장 잘 알려진 것이 비트코인이다. 암호화폐는 현재 중앙 없이 운영되고 있고 정부의 지원을 받고 있지 않으며 정부는 화폐의 사용 및 교환을 제한할 수 있고 규제로 인해 제한될 수 있다. 미국은 여전히 발전하고 있고 비트코인을 비롯한 암호화폐 시세가 극심한 변동에 시달렸다. 암호화폐는 도난, 손실 및 파괴에 취약하다. 대부분의 거래 장소가 규제되지 않으며 기타 통화에 비해 사기 및 실패에 더 노출될 수 있다.
결론
이것으로 아크 인베스트의 Big Ideas 2021을 모두 정리해 보았다. 향후 5~10년간 확장될 혁신적인 기술들에 대한 아이디어였다. 보이지 않는 곳에서 계속되서 학습되는 딥 러닝으로 인해 더욱 진화된 컴퓨터, 편리함, 자율주행자동차, 수많은 앱들에 노출되어 있고 그로인해 엄청난 양의 데이터가 발생하고 그걸 처리할 수 있는 기술과 프로세서가 개발되고 있으며, 전세계에 보급이 되고 있다. 디지털 지갑으로 인해 과거 수십년간의 은행과 금융 시스템을 바꾸고 있고 그 트렌드를 따라가지 못하는 기업들을 위험해 처해 있고 개인들은 그 편리함에서 끝나는 것이 아니라 돈이 어디로 흘러가는지를 이해해야 한다.
가상 세계는 20~30년전 처음 PC가 도입되고부터 발전되어 왔는데 점점 더 현실화 되어가는 가상 세계를 즐기려는 사람들과 어릴 때부터 그런 문화에 노출되어 살아온다면 단순 게임이라는 틀에서 벗어나 삶의 일부가 될 수가 있으며, 게임 시장이 커지고 AR과 VR의 활용도가 더 높아질 것이다. 비트코인은 아크 인베스트와 잭 도시도 언급하다시피 아직은 디지털 자산의 리스크가 존재한다. 아직은 화폐나 금과 같은 자산에 비해 규모가 작고 정부나 규제 등의 위험요소가 있지만 그것을 인류가 인식하고 극복한다면 전 세계적으로 통일된 통화 사용이 가능할 것이다.
2010년대에 친환경 전기자동차가 본격적으로 개발이 되고, 인공지능, 머신러닝, 딥러닝 기술이 발달하고 수많은 데이터를 처리할 수 있고 저장할 수 있으며 클라우드의 무한한 공간이 등장하는 모든 것이 맞물림에 따라 자율 주행이라는 기술이 현실화될 수 있었다. 이러한 기술들은 이미 모든 분야에서 시작되고 있고 이를 뒷받침해줄 배터리 기술이 가장 중요하다. 이 트렌드를 따라갈 수 있는 기업은 살아남을 것이고 기존 산업에 머물러 있는 곳은 도태될 것이다. 때문에 늘 혁신적인 행동이 필요하다.
얼마전 아프리카에서 혈액을 즉각적으로 배송해주는 Zipline을 보며 가슴이 뭉클한 적이 있는데 드론, 항공우주, 3D 프린팅과 같은 기술은 단순히 생활의 편리함을 넘어 지구에 존재하는 모든 생명을 살리기 위한 기술이다. 지구는 분명 더욱 심하게 양극화 되고 있다. 잘 살고 발달된 곳이 더욱 발달되고 있으며, 그렇지 못한 곳은 인프라가 지속적으로 부족해지고 있다. 대한민국만 보더라도 작은 소도시는 버려지고 병원 하나 찾기 힘든 곳이 되어가고 있는데 세계적으로 낙후된 곳은 통신도 안되며 물자를 배송하고, 병원에선 혈액을 즉각적으로 보급할 수 없는 상황이다. 혁신은 남들이 꺼려하는 그런 것을 개척하는 것이다. 드론을 통한 빠른 배송과 새로운 위성 시스템을 통한 전세계에 통신망을 깔아 모든 인간의 존엄성을 인정해주는 것이 4차 산업혁명이 이루어나가는 길 중 하나이다.
마지막으로 시퀸싱, 유전자편집, 크리스퍼와 같은 기술은 과거 수십년간 지속적으로 해왔으나 제대로 해내지 못한 분야이다. 아마 학교에서 공부하다가 들어본 적이 있는 분이 많을 것이다. 과거의 기술로는 불가능하고 시간 소모도 어마어마했다. 4차산업혁명은 그것을 가능하게 하고 비용 또한 현실적인 가격으로 줄어든다. 4차 산업혁명의 모든 분야는 결국 비용이 혁신이다. 비용이 줄어들어 감당이 가능하고 연구를 할 수 있는 환경이 본격적으로 만들어지면서 제대로 현실화가 되어가고 있는 것이다. 인간 뿐만 아니라 동물도 희귀질환이나 암 같은 병을 발견하는 시기가 늦고 치료도 쉽지 않은 경우가 많다. 그것을 쉽고 낮은 가격으로 치료할 수 있는 세상이 온다면 치료도 제대로 안되면서 어마어마한 비용을 써야하는 현실이 바뀔 것이다.
투자자는 이런 수많은 혁신이 일어나는 곳에서 그 혁신을 이끌어가는 기업을 초기에 찾아내는 공부를 해야 한다. 너무 초기가 아니더라도 적어도 수익이 발생하는 시점에 투자를 시작하더라도 성공할 수 있을 것이라 믿고 있다. 그것을 위해 계속 공부하는 것이다.
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