우리 몸 안에서 함께 살고 있고, 그 숫자는 무려 38조 개이며, 그중 약 95%가 대장을 포함한 소화기관에 모여 있는 것. 보통 우리 몸에 해로운 것으로 알고 있지만, 알고 보면 알레르기, 천식, 비염에서 치매, 자폐, 우울증까지 현대인의 질병을 예측하고 치료하는 데 도움이 되는 것. 제2의 장기(forgotten organ) 또는 제2의 게놈(Second Genome)이라고도 불리는 이것은 무엇일까? 정답은 바로 미생물! 오늘은 우리가 몰랐던 ‘미생물’과 그 미생물이 모여 만든 소우주 ‘마이크로바이옴(microbiome)’에 대한 흥미로운 사실들을 준비했다.
면역계의 총지휘자 마이크로바이옴
마이크로바이옴이란? microbiota와 genome이 합쳐진 단어로, 특정 환경에 존재하는 세균, 바이러스 등 모든 미생물들의 총합을 의미하는데. 마이크로바이옴이 우리 몸에서 왜 중요한지, 어떤 역할을 하는 것인지 전문가에게 구체적으로 들어보자.
Q. 마이크로바이옴이 우리 몸에서 하는 역할은 무엇인가?
장준호 님(이하 ‘장’): 마이크로바이옴은 인간 체중의 불과 1~3%를 차지하지만, 인체 면역작용에 중요하게 작용하는 것으로 밝혀지고 있다. 특히 대장에 있는 마이크로바이옴은 우리 면역계를 총지휘하는 역할을 하며, 마이크로바이옴이 망가지면 비만, 당뇨, 아토피, 암, 치매, 자폐 등 다양한 질병이 발생할 수 있다. 또한 약물에 대한 반응을 조절하고, 대사에도 많은 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 때문에 마이크로바이옴이 인체 건강 유지나 질병 치료에 중요하다고 보고 연구를 진행하고 있다.
마이크로바이옴, 어떻게 쓰일까?
1990년대부터 2000년대 초반, ‘인간게놈프로젝트’로 인간의 유전자 지도가 모두 밝혀지면 인류의 모든 질병을 정복할 수 있을 거라 생각했다. 하지만 결과는 과학자들은 물론 전 세계를 충격에 빠트렸다. 인간의 유전자 수는 약 2~3만여 개로 과학자들의 예상보다 너무 적었을 뿐만 아니라, 인간 유전체 지도를 완성했음에도 불구하고 질병을 정복할 수 없었기 때문이다. 이후 다양한 연구를 통해 약 200만 개에 달하는 마이크로바이옴 유전자 수, 질병과의 관계, 상호작용 등이 지속적으로 발견되면서 과학자들은 마이크로바이옴에 더욱 주목하게 되었다.
Q. 마이크로바이옴은 질병 치료에 어떻게 이용되나?
장: 건강한 사람의 분변에서 마이크로바이옴을 추출해 환자에게 주사기로 넣어주는 치료법이 있다. 일부 질환에서는 효과가 아주 좋다.
사실 마이크로바이옴 치료법은 오랜 전통이 있다. 1700년 전 중국 동진 시대의 의학자 게홍, 그리고 본초강목을 집대성한 명나라 이시진은 ‘노란 스프’로 식중독, 설사, 변비, 고열 등을 치료했는데, 여기서 ‘노란 스프’가 바로 ‘마이크로바이옴 이식’인 것이다.
Q. 그렇다면 마이크로바이옴이 망가져서 발생하는 모든 질병을 마이크로바이옴 이식으로 치료할 수 있는 것인가?
장: 그렇진 않다. 그래서 연구가 굉장히 중요한데 가장 효과적인 연구 방법은 분변에 있는 미생물을 시퀀싱하는 것이다. 여기서 시퀀싱이란 염기서열을 분석하는 데 사용되는 모든 방법 및 기술이며, DNA 시퀀싱 기술이 비약적으로 발전하고 분석 비용이 저렴해지면서 마이크로바이옴 연구가 폭발적으로 증가하는 계기가 됐다.
Q. 마이크로바이옴이 사용되는 구체적 사례가 궁금하다.
장: 19세기 후반 메치니코프가 유산균을 발견한 이후 마이크로바이옴은 유제품(요거트) 제조, 건강식품, 미용 분야에 주로 활용되어 일부 제품이 출시되었으며, 산업이 조금씩 커져가고 있다. 하지만 의약품이나 진단의 경우에는 아직 정식으로 승인받은 제품이 없다. 다만, 22년 하반기 또는 23년 상반기에는 미국 FDA가 승인한 최초의 마이크로바이옴 질병 치료제가 세상에 나올 것으로 기대하고 있다. 아마 최초의 치료제 형태는 분변을 가공한 섭취형 캡슐이 될 가능성이 높다.
최근에는 우리 몸의 면역과 관련한 질병을 치료하는 의약품에서 특정 질병을 진단하고 예측하는 영역까지 확장하고 있다. 더 나아가 마이크로바이옴은 당뇨, 자가면역질환, 염증성 장 질환, 치매, 자폐증까지 현대인을 괴롭히는 질환의 예측과 진단에 도움을 주고 있다.
마이크로바이옴의 핵심기술
전 세계적으로 마이크로바이옴 산업 자체가 급성장하며 기술 경쟁력이 치열한데. 우리나라의 많은 업체들 역시 각자 발굴한 미생물을 기반으로 연구개발 및 사업을 추진하고, 임상시험에 착수하며 국내 연구개발 역량 역시 글로벌 수준과 격차가 크지 않다.
Q. CJ바이오사이언스가 가진 마이크로바이옴 기술 경쟁력은 무엇인가?
장: 마이크로바이옴 기술의 핵심 경쟁력은 미생물의 유전체 서열을 분석해 그 특성을 파악하는 지놈 서열 분석능력이다. 사람의 장 속에는 수백에서 수천 종의 세균이 서로 얽혀 있는데, 이들이 각각 어떤 기능성을 갖고 있는지, 상호작용을 통해 어떻게 조화를 이루고 있는지 분류하고 확인하는 것이 어렵기 때문이다. 그뿐만 아니라 분석한 서열로 어떤 미생물인지 정확히 알 수 있는 DB 구축이 중요한데, CJ바이오사이언스는 10년 이상 축적되어 전 세계적으로 인정받는 마이크로바이옴 DB를 보유하고 있다. 또한, BT(Bio Technology)와 IT가 결합된 바이오인포매틱스(Bioinformatics) 기술이 특장점이다. 이는 빅데이터를 기반으로 마이크로바이옴의 유전체 서열을 분석해 질병을 치료할 수 있는 균주를 발굴하고, 그를 대량으로 배양하는 기술을 가지고 있다는 것이다.
CJ가 그리는 마이크로바이옴의 미래
Q. CJ가 레드바이오, 특히 마이크로바이옴을 활용한 질병 치료 분야에 진출하려는 이유는?
장: 전체 의약품 시장은 1,000 조를 넘어섰고, 이 중 레드바이오 분야만 300조 원을 넘어서고 있다. 최근 코로나19 바이러스 시대를 통해 체감하듯 항체나 백신 등의 바이오 의약품 하나만으로 100조 원이 넘는 시장이 만들어진다. 그러나 레드바이오 산업이 결코 만만한 시장은 절대 아니다. 기술 진입 장벽이 대단히 높을 뿐 아니라, 개발까지 10년 이상의 오랜 연구와 투자가 필요하다. 따라서 끊임없는 연구를 통한 치밀한 사업 계획과 전략이 필요하다.
Q. 마이크로바이옴 시장을 선도하기 위한 CJ의 전략과 목표가 궁금하다.
장: CJ는 지난 60여 년간 미생물 기술을 기반으로 그린바이오 시장을 선도해왔으며, 최근에는 생합성 기반의 화학소재를 생산하는 화이트바이오 시장에 진입했다. 레드바이오는 보다 먼 미래성장동력을 발굴하기 위한 의지와 도전의 대상이다. 머지않아 CJ가 전 세계 바이오 시장을 선도하는 리더십을 보여줄 것이다.
현재 여러 의료기관과 협업으로 마이크로바이옴 신약후보를 발굴해 혁신 신약의 개발을 진행하고 있으며, 이 과정에서 축적된 기술력과 사업 경험으로 진단 및 맞춤형 헬스케어 시장에도 진출할 장기적 목표를 가지고 있다.
스크립트
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Today’s topic could be a bit difficult.
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But it must be discussed as it is a very important topic related to our health.
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These little guys live inside our body.
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95% of them are in the digestive system, including the large intestine.
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Don’t be surprised. There are 38 trillion of these little guys in you!
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Generally, they are known to be bad for the body
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but the truth is they help predict and cure illnesses
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such as allergy, asthma,sinusitis, dementia, autism and even depression.
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So they have come to be known these days as the “forgotten organ”
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or the “Second Genome.”
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There is more to discover than what’s known so far. Can you guess what this is?
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The topic today is “microorganisms”!
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We are going to talk about microbiome, a universe formed by many microorganisms.
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With whom?
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With CJ Bioscience!
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CJ Bioscience is rapidly emerging as the No.1 microbiome company in the global market.
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Microbiome is defined as “the total aggregate of all microorganisms existing in a specific condition.”
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Then how do microbiomes function in our bodies?
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Let’s hear from the experts.
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Microbiomes form only about 1-3% of body weight,
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but they play an important role in the immune system.
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In particular, microbiome found in large intestine controls the immune system.
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When they are damaged, many illnesses and medical conditions
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such as obesity, diabetes, eczema, cancer, dementia and autism may occur.
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It is known to regulate human body’s response to drugs.
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and it also influences metabolism.
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So microbiomes are important in maintaining a healthy body or treating diseases.
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As such, diverse research is underway on microbiomes.
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How did microbiomes begin gaining attention?
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At the turn of the century, everyone in the world was excited
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that if you can map the human DNA with the “Human Genome Project,”
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any illness known to mankind can be cured.
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Unfortunately, the scientists were shocked
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that there were only 20,000-30,000 genes.
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It was way smaller than what the scientists expected,
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and even though the DNA mapping was completed,
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it was not enough to cure all diseases.
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Since then, scientists have continuously discovered
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the relationships and interactions of microbiomes and illnesses through research.
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Scientists began to observe microbiomes even more.
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To study microbiomes, the researchers study THIS everyday.
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There’s a treatment where you collect microbiome from the feces of a healthy person
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and inject it to the patient.
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It works great on some illnesses.
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The Chinese Doctor Ge Hong from 1,700 years ago,
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and Doctor Lee from the Ming Dynasty
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treated food poisoning, diarrhea and fever with yellow soup.
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This yellow soup is none other than microbiome transplant.
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Unfortunately, microbiome transplants cannot cure all illnesses
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caused by damaged microbiomes.
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That’s why research is very important.
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The most effective study is sequencing microorganism in feces.
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Now that the DNA sequencing skill has improved and the cost has gone down,
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the study for microbiome has increased tremendously.
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Where do we use microbiome?
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In the late 19th century, Since Elie Metchnikoff discovered lactobacillus,
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microbiome has been used for making yogurts, health supplements and beauty products.
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Health supplements and beauty products created by microbiome technique
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have been launched, and the industry is still growing.
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But in the field of medical drugs or diagnosis, no products have been approved officially.
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We are expecting microbiome therapeutics
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approved by the US FDA to be announced
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in late 2022 or early 2023.
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The very first microbiome-based therapeutics could come in the form of a capsulated medicine
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that was processed from feces.
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Recently, the field of microbiome has extended from medicine that cures immune system-related illnesses,
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to detecting and predicting certain illnesses.
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Furthermore, microbiome assists
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in predicting and diagnosing modern diseases
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such as diabetes, IBD, dementia, autism and autoimmune diseases.
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The microbiome industry has advanced rapidly
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and the world has been competing for the technology.
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How is Korea doing in this technology competition?
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The level of R&D in Korea is not far behind those of leading global players.
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Many companies started their own R&D and business
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based on microorganisms that’s already been discovered,
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and many Korean companies began clinical trials.
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Again, we are not far behind.
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The point of microbiome technology is
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to study the sequence of genome and understand its characteristics.
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There are hundreds and thousands of different bacteria mixed in the human intestines.
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It is really difficult to understand what each bacterium does,
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what the differences are
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and how they mutually live together.
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Building the database is also important because it helps identify microorganisms
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by analyzing the sequence.
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CJ Bioscience owns 10 years of microbiome database
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that is recognized around the world.
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The advantage of CJ Bioscience lies with
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bioinformatics, a combination of bio technology (BT) and IT.
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Based on big data
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that analyzes DNA sequence of microbiome,
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bioinformatics discover bacterium that will cure diseases
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and enable the technology to culture it in volume.
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Then why is CJ trying to advance into RED BIO
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especially in therapeutics using microbiome?
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Total pharmaceutical market reached above 1,000 trillion won,
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and RED BIO alone takes up 300 trillion won.
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As we are aware with the recent pandemic experience,
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biotherapeutics alone such as antibodies and vaccines
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can create a market with value above 100 trillion won.
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RED BIO is a tough market with high technology entry barrier.
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It is difficult to get into,
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and requires over 10 years of research and investment.
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Therefore, we need a thorough business plan and robust strategy.
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CJ has been leading in GREEN BIO
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based on microbial technology for 60 years.
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Recently, CJ also entered WHITE BIO,
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producing chemical materials from biosynthesis.
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Now RED BIO is a field of challenge that requires commitment
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as we aim to identify growth engine for the future.
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Soon, CJ will be able to demonstrate leadership
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in the global BIO market as well.
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We are working together with many medical institutions
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to develop innovative microbiome-based therapeutics
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With the technology and business experience accumulated over the process,
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we are working towards achieving the long-term goal of getting into
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diagnostic and customized healthcare market.
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We talked about how amazing microorganisms and microbiome are.
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The ecosystem of microbiome in our body
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affects our health and well-being.
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I am sure that is very clear by now.
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From a leader in Korea bio industry for 60 years
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we aim to transform into a leading global player in RED BIO.
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We applaud the efforts of CJ Bioscience
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for exploring the exciting world of microbiome.
우리의 건강에 큰 영향을 주는 우리 몸속 미생물과 마이크로바이옴 생태계에 대한 놀라운 이야기를 만나보았다. 지난 60년 동안 대한민국을 대표해온 바이오산업의 리더에서 이제는 전 세계 레드바이오 시장을 선도하는 글로벌 리더를 향해 지금도 무궁무진한 마이크로바이옴의 우주를 항해하고 있는 CJ바이오사이언스의 위대한 도전을 응원한다!
