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미래의 생명공학작물

기후변화 대응

인도네시아의 가뭄저항성 사탕수수

  • 세계에서 두 번째로 많은(년 240만톤) 원당 수입국인 인도네시아가 가뭄저항성) 사탕수수(Cane PRG Drought Tolerant NX1-4T)의 재배를 2013년 승인했다.
  • 이 GM품종은 인도네시아 국영 설탕회사(PTPN-11)와 일본 아지노모토사, 그리고 인도네시아 동자바 젬버(Jember)대학이 협력하여 개발하였다.
  • 이 가뭄저항성 신품종은 36일간의 건조스트레스에도 견디며 첫해 수확량이 기존 작물보다 훨씬 높은 것으로 평가되었다.
    이 신품종은 2015년에 상업적 재배가 시작될 예정이다.

아프리카의 가뭄저항성 옥수수

  • 몬산토사가 가뭄저항성(DT) 옥수수 DroughtGardTM을 남아공, 케냐, 우간다, 모잠비크, 탄자니아 5개국에 공여했다.
  • 이 GM옥수수는 WEMA(Water Efficient Maize for Africa)라는 이름으로 불리며 게이츠재단, 호와드버펫재단, USAID의 공동 후원으로 개발되었다.
    케냐, 우간다, 남아공에서 DT옥수수의 시험재배를 5회 이상 실시하였으며 결과는 성공적이었다.
  • 최초의 해충저항성/가뭄저항성(Bt/DT) 옥수수 변종도 2015년 케냐와 우간다에서 포장시험에 들어가며 남아공에서는 2017년에 시행할 계획이다.
  • 이들 Bt/DT GM옥수수는 기존의 옥수수보다 20-35% 수확량 증가를 보이며 2-5백만톤 증수를 기대할 수 있어 1400-2100만인의 아프리카 사람들을
    먹여 살릴 것으로 예상하고 있다.

농업분야의 발전

바이러스 저항성 근채류

  • 바이러스 저항성 GM감자의 개발로 아프리카와 아시아의 많은 사람들이 바이러스에 의한 감자 잎마름병으로 기근에 몰리는 것을 막을 수 있다. 감자 잎마름병이 돌면 감자밭이 전멸하는 재난을 맞게 되는데 그림 아래에서 보는 바와 같이 Rpi-vnt1이라는 유전자를 삽입한 GM감자는 바이러스의 피해 없이 잘 자라는 것을 알 수 있다.
  • 사하라 남부 아프리카에서 유행하고 있는 근채류 바이러스병에 저항성을 가진 GMO 카사바가 개발되어 근채류를 주식으로 하는 이 지역 사람들의 기아문제를 해결할 것으로 기대된다.
  • [Rpi-vnt1 유전자 삽입 GM감자와 non-GM감자의 비교]

품질 및 영양성분 개선

갈변되지 않는 GM사과

  • 2013년 캐나다 기업인 “오카나간스페셜티푸르츠(Okanagan Specialty Fruits)”는 사과를 칼로 썰거나 멍이 들어도 갈색으로 변하지 않도록 유전자가 재조합된 사과를 개발하고, 미국 시장에서 판매하기 위해 미국 정부에 안전성심사를 요청하였다.
  • 'Arctic Apple'로 불리는 해당 사과는 사과의 갈변에 영향을 주는 폴리페놀 산화효소(polyphenol oxidase) 유전자의 발현을 억제하여 어떠한 처리 없이도 갈변을 방지하도록 만들어졌다.
  • 사과가 잘리면 갈색으로 변하는 것은 PPO(poly-phenol oxidase)라는 효소 때문인데, 바로 이 효소를 생산하는 유전자의 발현을 억제시킬 수 있는 이중가닥 RNA를 도입하여 갈변이 되지 않도록 유전자를 재조합한 것이다.
  • 이 갈변 방지 GM사과인 “아틱 그래니(Arctic Granny)”와 “아틱 골든(Arctic Golden)” 두 종은 2015년 2월13일 미국 농무부(USDA) 산하 동식물검역국(APHIS)으로부터 최초로 상업화에 필요한 환경위해성에 대한 안전성심사가 승인되었고, 인체위해성에 대한 안전성심사도 미국 식품의약국(FDA)에서 현재 진행 중에 있는 등 곧 상업화가 이루어 질 것으로 전망되고 있다.
  • [갈변되지 않는 GM사과]

항산화 기능이 뛰어난 안토시아닌 함유 보라색 GM토마토

  • 영국의 John Innes 센터의 과학자들은 금어초에서 찾은 두 가지 유전자를 붉은 토마토에 도입하여 블루베리와 같은 보라색 토마토를 개발하였다.
  • 그 이유는 도입된 유전자로 인해 안토시아닌(anthocyanin)이 풍부하게 생산되기 때문이다. 안토시아닌은 항산화물질로 잘 알려져 있으며 관상동맥 심장질환이나 항암효과가 있는 것으로 보고되고 있다.
  • 현재 이 GM토마토는 캐나다 기업을 통해 온실에서 재배되어 주스로 가공된 뒤 사람의 건강에 어떤 이로움이 있는지에 대한 임상실험을 진행 중에 있다. 토마토는 블루베리에 비하여 재배가 쉽고 가격도 저렴하기 때문에, 상업화가 성공될 경우 경제적 형편이 어려운 사람들이 천연색소인 보라색 토마토주스를 통해 좀 더 쉽고 싼 가격으로 유익한 영양소를 공급받을 수 있을 것으로 기대되고 있다.
  • 또한, 보라색 GM토마토는 일반 토마토에 비해 저장성이 2배 이상 증가되었고, 수확이후 곰팡이에 대한 저항성도 증가하여 늦게까지 수확하고 먼 거리 운송도 가능하여 생산자나 유통가공업자들에게도 혜택을 줄 수 있다고 알려졌다.
  • [안토시아닌 함유 보라색 GM토마토 (사진출처: Biosafety, KBCH)]

산업분야 발전

질병예방을 위한 백신용 GM작물

  • 식물백신은 병원균백신의 부작용이 없고 대량 생산으로 인해 값도 저렴할 뿐 아니라 실내 보관이 가능하므로 아프리카 등 전기시설이 부족한 낙후된 지역에 쉽게 보급이 가능하다는 장점이 있다.
    형질전환 식물을 이용한 경구백신은 1995년 Science 잡지에 병원성대장균(enterotoxigenic E. coli)의 항체를 생산하는 형질전환 감자를 쥐에 사료로 먹인 결과 효율적인 면역반응을 유도한 결과가 발표되면서 성공 가능성이 주목받기 시작되었다.
  • 현재는 형질전환식물보다는 유전자가 형질전환된 식물세포를 인공 배양기에서 대량 배양한 후 목적하는 단백질이나 유용 물질을 생산하는 방식으로 실용화가 진행되고 있다. 이와 같이 경구백신들은 아직 상업화에 이르지는 못하고 있지만 현재도 광견병, 콜레라, 구제역, 에이즈 등을 예방하기 위한 식물 경구백신이 지속적으로 개발 중이며 앞으로 수년 내에 상업화가 이루어 질것으로 예상되고 있다.
  • 반면 동물용 의약품 생산 GM작물의 상업화는 2013년 최초로 이루어졌다. 일본 경제산업성 산하 산업기술종합연구소(AIST)는 개(dog)의 치주염을 치료하는 항바이러스 인터페론을 생성하는 GM 딸기를 개발하여, 2013년에 상품등록을 마치고 2014년 3월에 마침내 상업용 판매를 시작하였다. 향후 다양한 질병에 고통 받고 있는 인류의 문제를 해결하기 위한 보다 값싸고 안전한 인간 질병 예방 및 치료용 GM작물의 상용화 시대도 곧 열릴 것으로 전망된다.
  • GM딸기 생산용 밀폐형 실내온실
  • GM딸기로 만든 동물용 인터페론

[동물용 항바이러스 인터페론 생산 상업용 GM딸기]


빛을 내는 램프대용 GM식물

  • 화학작용이나 자외선 등 어떠한 처리 없이도 자체적으로 빛을 발사할 수 있는 발광 식물체가 오랜 시도 끝에 개발되었다. 2013년 12월에 미국 미주리주 소재 생명공학 벤처회사 바이오글로(Bioglow)는 유전자재조합기술을 이용해서 세계 최초로 자체적으로 빛을 발하는 자동발광식물을 개발하는 데 성공했다.
  • 이들은 아메리카 대륙이 원산지인 알라타 꽃담배(Nicotiana alata)라는 관상용 화초의 엽록체에 해양세균의 발광 유전자를 삽입해 식물체가 살아있는 2-3개월간의 생명주기 동안 지속적으로 육안으로 볼 수 있는 빛을 발산하도록 만들었다.
  • Bioglow 회사에서는 이 발광식물체에 ‘별빛 아바타’(Starlight Avatar)라는 상품명을 부여하고 회사 웹사이트에 판매용 육성상자에 들어있는 “Starlight Avatar” 사진을 게재하는 등 적극적인 상업화 의지를 보이고 있다. 현재 이 식물의 밝기는 별빛의 강도와 유사하여 관상용으로 사용되지만, 향후 빛의 밝기가 개선되면 실내 조명기구나 야간 램프를 대체하는 등 다양한 용도로 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
  • Starlight Avatar™ in light
  • Starlight Avatar™ in dark
  • 판매예정인 Starlight Avatar™ 육성박스

[램프대용 빛을 내는 GM식물]

출처: http://bioglowtech.com/glowingplant.html