- 1[관점] 가뭄과 세계 정세 불안이 세계 식량 안보를 위협하는 시기에 유전자 편집은 해충, 병원균 및 기상 악화를 방지하는 솔루션을 제공합니다.
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- 10‘2023 국제식물생명공학총회(IAPB)’ 성료, 전세계 1,000여명 과학자 및 전문 연구원 참가
우리 주변에 있는 생명공학작물은 어떤 것이 있나요?
인류가 농경생활을 시작한 이래, 작물의 생산과 재배에 가장 큰 피해를 준 것은 다름아닌 해충과 잡초입니다. 기후에 의한 피해 역시 오랜 세월 반복돼 왔습니다.
생명공학연구는 이를 해결하기 위해 다양한 작물을 생산, 농업 생산성 향상과 환경보호에 많은 기여를 하고 있습니다. 또한 인류의 영양증진을 위해 다양한 작물을 개발하고 있습니다.
■ 생산성 향상
1) 제초제내성 작물
초기에 연구가 가장 활발했던 개발작물입니다.
지구상에는 약 3만여 종의 잡초가 있는데, 이로 인해 작물 수확량이 줄어, 과도하게 제초제를 사용하게 되었고, 이는 결국 환경오염으로 이어졌습니다. 하지만 제초제 내성 작물이 개발되면서 잡초 제거에 쓰였던 농민들의 작업시간이 획기적으로 줄었고 전체적인 제초제 사용량도 감소했습니다.
대표적인 제초제내성 작물로는 콩, 면화, 옥수수, 캐놀라 등이 있습니다.
최근엔 제초제내성 벼도 개발 중에 있습니다.
2) 해충저항성 작물
해충저항성 작물은 살충제를 쓰지 않고도 해충을 방제할 수 있게 합니다. 따라서 작업효율을 높이고 자연환경 역시 보호할 수 있습니다.
해충저항성 작물 개발은 오래 전부터 저공해 미생물 살충제로 활용되어 오던 토양세균인 고초균(Bt, Bacillus thuringiensis)을 이용합니다.
곤충의 위속에 들어간 고초균은 Bt단백질이라는 살충성 물질을 생산하여 곤충을 죽게 합니다. 하지만 이 살충성 물질은 알칼리성인 곤충의 위에서만 작용, 같은 성분을 섭취한 다른 동식물에는 전혀 해를 끼치지 않습니다. 또 자외선에 의해 빠르게 변성되어 토양이나 물을 오염시키지 않고 먹이사슬로 전달되는 위험이 없습니다.
잘 알려진 작물로는 해충저항성 옥수수, 면화, 감자 등이 있습니다.
3) 바이러스저항성 작물
바이러스에 의한 병해 역시 작물 손상의 주된 원인 중 하나입니다, 이를 위해 바이러스에 의한 병해를 막음으로써 작물의 손상을 줄이기 위한 바이러스저항성 작물이 개발되고 있습니다. 대표적으로 담배, 호박, 파파야 등이 개발되었습니다.
4) 환경(가뭄, 염분, 냉해)스트레스저항성 작물
일반적으로 작물은 가뭄, 염, 냉과 같은 외부 환경스트레스에 민감하여 그 피해는 곧바로 생산성 감소로 이어집니다. 실제 미국에서는 가뭄 때마다 옥수수 수확량이 상당수 줄어 들었고, 물 부족 역시 농작물 생산을 감소시킬 요인으로 지적되고 있습니다. 하지만 이런 문제 역시 생명공학작물 개발로 해소될 수 있으리라 기대가 되고 있습니다.
예를 들어 사막이나 냉대기후 등 열악한 환경에서도 잘 자라는 식물의 유전자를 이용, 다양한 악천후에도 저항성을 갖춘 작물을 개발할 수 있습니다. 또한 적은 물로도 잘 자라는 식물을 개발한다면 물 부족으로 인한 수확량 감소에도 일정부분 기여할 수 있을 것으로 예상됩니다.
■ 영양 개선
1) 고(高)올레산 대두
올레산은 지방산의 일종으로 혈중의 좋은 콜레스테롤은 그대로 두고, 나쁜 콜레스테롤을 낮추는 역할을 합니다. 이 대두는 올레산의 함유량을 종래의 3~4배까지 높인 것으로 올리브유 및 일반 식물성 식용유에 비해 포화지방 함량이 33%나 낮습니다. 이 식용유는 건강에 좋은 지방산인 단일불포화지방산을 80% 이상 함유한 것으로서, 올리브유보다 그 함량이 높습니다. 이 콩으로 만든 식용유를 쓰게 되면 자연히 혈중 콜레스테롤이 낮아지게 됩니다. 또한 식품 가공시 안전성과 신선함을 더해줍니다.
식용으로만 사용되는 것도 아닙니다. 바이오 원료를 이용하는 의류와 플라스틱 생산에도 사용될 수 있습니다. 이 제품은 현재 개발 중에 있습니다.
2) 황금쌀(Golden rice)
개발도상국을 중심으로 세계 각국에서 약 4억 명이 비타민A 결핍으로 고통 받고 있으며 실명의 위기에 놓인 사람도 적지 않습니다.
본래 쌀에는 없는 영양소지만, β-카로틴의 합성에 관련된 유전자를 삽입, 체내에서 비타민 A가 합성되도록 만들어진 것입니다. 이것을 주식으로 먹게 되면 특별한 노력 없이도 꾸준히 비타민A를 보충할 수 있게 됩니다.
■ 기능 향상
1) 고-아밀라아제 옥수수
최근 많은 국가들이 바이오 연료와 같은 대체가능에너지 공급을 위해 농업에 눈을 돌리고 있습니다.
기존 휘발유와 혼합하여 쓰며 공해위험이 적은 친환경 연료인 바이오 에탄올의 경우, 전분 분해효소 함량이 높은 생명공학옥수수를 통해 생산할 수 있습니다. 옥수수의 전분 분해효소는 전분을 당으로 만들며, 그 당을 이용하여 에탄올을 생산하게 됩니다. 이러한 옥수수는 에너지원 감소의 지속적인 해결책이 될 전망입니다. 이 제품은 개발 중에 있습니다.
2) 전분재조합 감자
감자의 전분은 제지산업의 중요한 원료입니다. 생명공학감자는 제지 생산성을 높이는데 기여할수 있습니다.
대개 감자전분은 아밀로오스와 아밀로펙틴, 두 성분으로 구성됩니다. 이 중, 종이 생산에 필요한 성분은 아밀로펙틴이며, 아밀로오스는 필요없는 성분이지요.
생명공학감자는 100% 아미로펙틴만으로 돼 있어 기존의 감자 전분 분리작업, 즉 아미로펙틴과 아밀로오스를 분류하는 작업에 들어가던 시간과 비용을 대폭 줄여줍니다. 또 필요한 전분의 내용과 양을 조절하면 다양한 강도와 용도를 가진 종이를 생산할 수 있게 됩니다.
이런 특징은 종이 생산시 가장 큰 고민거리인 용수 낭비를 해결해주게 될 것입니다. 이 제품은 현재 개발 중에 있습니다.
3) 지뢰 찾는 식물
지뢰는 캄보디아, 아프가니스탄을 비롯한 많은 지역에서 분쟁 중 매설되었지만, 엄청난 비용 때문에 미처 제거되지 못한 채 많은 민간인들에 피해를 입히고 있습니다. 이를 위해 땅 속의 지뢰나 불발탄을 찾아내는 식물이 개발 중에 있습니다.
지뢰의 폭약은 이산화질소를 방출합니다. 지뢰 찾는 식물은 그 이산화질소를 흡수하여, 식물체를 붉은 빛으로 변하게 합니다. 따라서 지뢰근처의 식물들은 검붉게 변한 잎을 갖게 되고 이를 통해 지뢰의 매설여부를 알 수 있게 되는 것입니다.
[대전차 지뢰에 의해 검붉게 변한 지뢰 찾는 식물]