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July 19, 2005

농작물 재배업자들은 지난 수천년 동안 농작물을 지속적으로 개선 향상시켜왔다. 전통적 농작물 재배 기법은 각각 다른 형질을 가지고 있는 식물 두 종류 이종교배를 통해 소기 목표에 가장 적합한 이종 교배 결과물을 취하는 방법이다. 본 방법은 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 소기 목표한 교배물을 얻기 위해선 수년이 걸리거나 또는 전혀 성과가 없을 수도 있다. 그러나 몇 년 전 재배업자들은 근대 생명공학 기술이라는 강력한 도구의 도움을 받을 수 있었다. 생명공학 기술로 형질이 개선된 예가 다음에 기술돼있다. 대다수 연구가 아시아 주도로 이루어져 작물이 보다 아시아 환경에 적합할 수 있도록 했다.

신 옥수수 품종
Bt 옥수수 - Bt 옥수수는 제왕나비에 저항력이 있는 박테리아 (BT 균. Bacillus thuringiensis) 에서 유전자를 추출해 투입한 내충성 옥수수이다. 농부들이 Bt 옥수수에서 얻을 수 있는 이점은 여러 가지이다. 첫째, 살충제 뿌리는 양이 상당히 줄어들게 되어, 시간, 돈, 인력 공수도 절감할 수 있다. 두번째, Bt 옥수수은 살충제에 비해 곤충에 대한 보다 일차적이고 직접적인 저항력을 제공한다. 이외에도 기존 옥수수 품종보다 Bt 옥수수 수확량이 더 많으며, 해충 피해나 곰팡이와 같은 전염병 감염율을 줄일 수 있다면 수익도 증가하게 된다.

Bt 옥수수의 인간 및 동물에 대한 건강 부문 혜택: 곤충 피해를 입은 옥수수는 종종 푸미노신 (fuinosin)과 같은 균에 감염돼, 간 및 신장 손상뿐만 아니라 암을 유발할 수도 있다. 특히 곤충이 갉아먹어 병충해 피해를 입은 작물 부분은 균에 감염될 가능성이 더 높다. 따라서, 곤충피해를 적게 입는 Bt 옥수수는 균저항력이 더 강하므로 균독소에 전염될 가능성이 더 낮아진다.

아시아 국가 중 필리핀에서 처음 Bt 옥수수가 상용 재배되기 시작했다. 아시아 지역 외 Bt 옥수수 상용 재배 국가로는 미국, 캐나다, 스페인, 남아프리카공화국 등이 있다.

고 단백질 옥수수 – 옥수수는 주요한 가축 사료이다. 그러나 기존 옥수수 품종은 단백질면에서 품질이 낮고 아미노산도 불균형적이기 때문에 옥수수를 주로 한 사료를 먹은 가축들은 종종 영양 결핍증상을 보인다. 아미노산은 단백질 구성 요소이다. 이 문제를 해결하고자 지난 수년간 작물 재배업자들은 옥수수의 단백질 구성을 향상시키면서 양적 질적 개선점을 이루기 위해 노력해왔다. 그러나 기존 기술 및 도구만으로는 과정은 더디고 성공률도 저조할 수 밖에 없었다.

최근 작물 재배업자들은 일부 생명공학 기술을 응용해 유전자를 옥수수에 삽입해 옥수수 낟알의 아미노산 질을 개선했다. 관련 연구 프로젝트 결과는 상당히 긍정적이었다. 예로, 필수 아미노산인 리신을 35%, 총 단백질 양을 26% 증가시킨 결과가 나왔다. 본 연구가 특히 중요한 이유는 리신 양을 증가시킴으로써 단백질의 품질 및 영양가를 크게 향상시킬 수 있기 때문이다. 특히 기존 옥수수 품종에서 리신은 결핍되어 있다. 과학자들은 본 연구결과 보다 더 많은 단백질을 함유한 옥수수를 개발 할 수 있을 것으로 자신하고 있다.

유전자 표지 기반 선별작업을 통한 작물재배 시간 절감
작물 재배업자들은 유전자 표지와 같은 생명공학 기술을 이용해 표지기반 선별을 할 수가 있게 되어 기존 재배기간을 수개월 또는 수년을 절감할 수 있었다. 유전자 표지를 통해 재배업자들은 해당 유전자를 찾아, 이종교배 초기단계에서 소기 목표했던 유전자가 자식 식물에서 유전됐는지 여부를 확인할 수 있다. 본 세포 단계에서부터 선별작업이 가능하지 않다면, 타가수분 및 자식식물 성장 과정을 거쳐야만 소기 목표한 형질 획득 여부를 알 수 있다. 만약 원하는 형질을 얻지 못했을 경우 처음부터 다시 시작해야 한다.

기름씨
비타민 A 겨자 기름 - 비타민 A는 인간 면역력에 필수 요소이다. 성장기 때 비타민 A가 결핍되면 발육이 제대로 되지 않는다. 위장 감염증 및 홍역 면역력이 약해지며 일부 심할 경우 눈이 멀기도 한다. 불행하게도 비타민 A가 충분히 함유되지 않은 식단으로 비타민 A 결핍 증상을 겪고 있는 아이들이 아시아 지역에서 수백만이 넘는다.

인도에서 두번째로 많이 사용되는 식용유는 겨자씨 식용유이다. 생명공학 기술을 이용해 베타 카로틴이 많은 작물 품종을 개발할 수 있었다. 인간 신체 내에서 베타 카로틴은 비타민 A로 전환된다. 베타 카로틴이 많은 겨자 기름은 인도에서 효과적으로 비타민 A를 공급해 비타민 A 결핍 문제를 해결 할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

지난 수년간 생명공학 기술을 통해 카놀라 작물 및 카놀라 추출 기름 내 베타 카로틴 양을 증가시켰다. 식단에 베타 카로틴이 많이 함유된 카놀라 기름을 한 티스푼만 추가해도 성인이 하루에 섭취해야 하는 비타민 A 필요량을 충족시킬 수 있다. 현재 한 회사가 미시간 대학, 미 국제개발청, 인도 타타 에너지연구소 (TERI) 등과 연계해 본 기술을 카놀라 기름과 비슷한 겨자 기름에 적용 연구중에 있다.

“본 프로젝트 성공을 통해 특히 아동 비타민 A 결핍증상을 완화시킬 수 있길 바랍니다. 겨자 기름은 효과적이면서도 비용 저렴한 비타민 A 공급 매체 역할을 할 수 있을 겁니다. 이미 인도 여러 지역에서 겨자 기름은 식용유로 쓰이고 있기 때문입니다.” 라고 프로젝트 TERI 선임 연구원인 비하 다완 박사는 말한다.

고 올레산 카놀라 기름 - 카놀라 기름은 평지씨 작물에서 나온다. 기존 카놀라 품종에서 추출한 기름은 상대적으로 고도 불포화 유지 지방산 함유량이 높다. 고도 불포화 유지 지방산은 일반적으로 상온상에서는 액체상태를 유지하지만 열을 가하면 쉽게 변형되어 상하게 된다. 본 기름을 보다 고형상태로 만들거나 부패과정을 지연시키려면, 카놀라에 소위 “부분적 수소첨가” 처리 과정을 적용하면 되나, 전이 지방이 부산물로 만들어 지게 된다. 여러 전문가들은 전이 지방이 심장병의 한 원인이 된다고 보고있다.

이 문제를 해결하기 위해 작물 재배업자들은 유전자 표지 기반 선별 기법을 통해 올레산 함유량을 높인 카놀라 기름을 개발했다.

올레산은 단일불포화지방산이다. 또한 심장병 및 암 발병률을 낮추는 등 건강에 유익하다고 알려진 올리브유에 주요 역할을 담당한다고 알려져 있다. 올레산 양을 증가시킬 경우 카놀라유의 포화지방산 양이 감소되는 추가적 건강상의 이점도 기대할 수 있다.

복합불포화지방산 양을 줄일 경우 부분적 수소 첨가 공정을 할 필요가 없어진다. 기름이 액체상태로 있을 확률이 적어져 상할 가능성도 줄어들기 때문이다. 따라서 전이 지방도 생성되지 않는다. 즉 본 기름추출용 작물에 대한 the 유전자 변형 기술의 세번째 건강상의 혜택이라 볼 수 있다.

최근 식품 재조업자들은 수소첨가 채소 식용유 대신에 고 올레산 카놀라 기름을 쓰고 있다. 고 올레산 카놀라 기름이 안정성 부분에서 훨씬 더 뛰어나기 때문이다. 고 올레산 카놀라 기름 덕에 빵, 케이크, 감자칩 등과 같은 많은 식품이 건강상으로 더 유익해 질 수 있었다.

유전자 변형을 통한 작물 다양화
작물 재배업자들은 유전자 변형 생명공학 기술을 이용해 유전자를 직접 작물에 삽입해 소기 목적한 형질을 지닌 신 품종을 생산할 수 있게 되었다. 지난 20년간 과학자들은 유전자 변형 기술을 통해 작물 농업 경영을 개선해 농부들에게 더 많은 혜택을 줄 수 있었다. 유전자 변형을 통해 병해충 저항력이 강화된 작물 예로 옥수수, 콩, 면화, 카놀라 등을 들 수 있다. 이에 따라 작물 재배 및 잡초 관리 관련 공수가 감소되고 과정이 간소화되었다.

쌀
고철분 쌀 - 전세계적으로도 영양소 결핍 중 철분 결핍은 대표적인 것으로 전세계 인구의 약 30%가 철분 결핍 증상을 보이고 있다. 현재 철분 결핍 문제 해결책으로는 식품 가공시 철분을 추가하는 철분 보충 및 식품 강화 방법 등이 있다. 그러나 본 방법만으로는 특히 개발도상국에서는 부분적 성공만을 거둘 수 있을 뿐이다. 예를 들어 철분 혼합물을 벼에 투입, 내재시키는 데는 몇 가지 기술적 문제점을 해결해야 한다.

작물 재배업자들은 기존 작물 재배법을 통해 고 철분 쌀을 생산할 수 있었다. 필리핀 소재국제미작연구소 (IRRI) 가 개발한 쌀 품종의 경우 철분 함유량을 약 10% 증가시켰다.

이외 에도 현재 진행중인 프로젝트에서는 유전자변형과 같은 생명공학 기술을 이용해 쌀의 철분 함유량을 증가시킬 수 있었다. 그 중 한 고철분 쌀 품종의 경우 콩 유전자를 도입해 쌀 철분 양을 두배로 늘렸을 뿐만 아니라 철분의 소화 흡수를 도와주는 다른 유전자도 삽입했다.

비타민 A 쌀 - 황금쌀 (Golden rice)은 비타민 A를 함유한 쌀로 비타민 A 결핍에 따른 아동 맹목증상을 완화할 수 있기 때문에 여론의 많은 관심 대상이 되었다. 비타민 A 결핍 증상을 보이는 지역의 경우 쌀을 주식으로 하는 곳이 많기 때문에 쌀은 아이들에게 적합한 비타민 A 공급원으로 이용될 수 있다.

스위스 잉고 포크리쿠스가 개발한 황금쌀은 효과를 볼 수 있을 만큼 충분히 비타민 A를 생산해 내지 않는다는 비판을 받아왔다. 지금 영국의 한 연구팀이 황금쌀 2를 개발해냈다. 이는 황금쌀의 변종으로 비타민 A를 20배나 많이 함유하고 있다. 본 연구에 참여했던 과학자들은 황금쌀 2가 비타민 A 하루 섭취 권고량의 1/2를 생산해낼 수 있을 것으로 낙관하고 있다.

생명공학 강화를 통한 영양성분 증진
최근 과학자들은 유전자 변형을 통한 건강증진 작업에 본격적으로 착수했다. 대표적 예가 유전자를 변형시켜 작물 스스로 보다 많은 영양소를 생산하도록 하는 것이다. 타 작물의 유전자를 표적 작물에 추가하는 방법으로 과학자들은 소기 목적한 영양소를 보다 많이 생산하는 작물을 개발할 수 있었다. 소위 ‘생명공학 강화’라고 불리는 본 기술은 아시아 지역의 영양실조 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 잠재력이 있다. 현재 아시아에는 영양실조로 고통받는 사람이 수백만에 달하고 있다.

References:

Mackey, M. (2002) 생명공학 기술을 통한 영양증진 (The Application of Biotechnology to Nutrition): 개요. 미국영양학회저널 (Journal of the American College of Nutrition) 21(3): 157S-160S.
PBI Bulletin 2002년호 1. 캐나다산 씨앗기름 다양화 (Diversification of Canadian seed oils). Part 1: 기름 가치 증진 (Adding value to the oil). http://www.pbi.nrc.ca/en/bulletin/2002issue1/page3.htm