[21세기 과학 대탐험](10)인공종자시대
황금빛 들녘에는 옥수수만큼 키가 큰 벼가 누렇게 익어가고 있다.최근 개발된 이 신품종 벼는 쌀이 옥수수 알처럼 가지런히 모여 있기 때문에 특별히도정과정을 거칠 필요가 없다.
수확량은 기존의 벼보다 10배쯤 늘어났고 맛의 변형이 자유로워 인삼맛,더덕맛,사과맛 등으로 다양한 것이 특징이다.
멀리 야산에는 생분해성 플라스틱을 만들 유채가 화려함을 자랑하며 만개해있고 그 아래 밭에서는 여인네들이 청바지를 짜는데 사용할 파란색 목화솜을따고 있다.
집앞 텃밭에는 당뇨병 치료용 감자가 수확을 기다린다.비닐하우스에서는 설탕보다 단 토마토가 탐스럽게 열려 있다.
2020년경의 농촌 풍경이다.지구상에 기아에 허덕이는 나라는 이제 존재하지않고 화학농약으로 인한 환경문제도 사라진지 오래다.
생명체의 설계도에 해당하는 유전체 연구는 인간의 것 뿐 아니라 식물의 것에 대해서도 활발히 진행되고 있다.생명의 기본설계도를 완성하고,그 설계도면에 따라 각 생명을 구성하고 있는 수천,수만 혹은 십수만개의 유전자의 기능을 밝히게 되면 인간은이제까지는 상상도 할 수 없었던 종류의 유용한 신품종을 개발할 수 있게 된다.생명공학의 발달과 함께 인류가 이룰 21세기의녹색혁명이다.
얼마 전 미국의 클린턴 대통령은 20세기 최대 생물학적인 연구성과 중의 하나인 ‘인간게놈 프로젝트’(30억쌍에 달하는 인간 유전체의 전 염기서열 규명작업)를 올해 6월에 완결할 수 있을 것이라고 발표했다.인간질병의 원인을밝히고 그 치료제를 개발하는 기본 설계도면이 될 이러한 성과는 앞으로 인간의 평균수명을 100세 이상으로 끌어올리는 견인차의 역할을 할 것이 분명하다.
식물의 유전체에 대한 연구도 인간유전체 연구 못지않게 선진국에서 활발히진행되고 있다.그 결과 앞으로 10년쯤 지나면 벼가 옥수수 키만큼 크고 쌀이 옥수수 알처럼 가지런히 모여서 여무는 신품종 개발이 가능하게 된다.반대로 잔디처럼 지표면에 맞닿아서 크는 신품종 옥수수도 선보일 것이다.벼,옥수수,잔디는 모두 화본과에 속하는 인척간의 식물이다.이들 식물의 외형을지배하는 유전자가 발견되면 이를 상호 교환함으로써 옥수수같은 벼,잔디같은 옥수수를 창출해 낼 수 있는 것이기 때문이다.요즘 유전자 조작식품으로 배격받고 있는 제초제 내성 혹은 내충성 콩이나 옥수수는 실상 실험실에서는 10년 전에 개발된 ‘낡은’ 품종이다.
선진국에서는 올해 말까지 애기장대라고 하는 잡초의 유전체 전 염기서열을밝히게 되며,벼에 대한 유전체 염기서열 분석도 1∼3년 내에 완성될 것으로전망된다.애기장대와 벼는 각각 지구상의 모든 쌍떡잎과 외떡잎 식물의 모델이 된다.
향후 우리는 성인병과 암을 예방하는 성분을 만드는 유전자가 도입된 콩과옥수수를 먹게 될 것이다.또한 인체에 해로울 수 있는 유기용매로 가공하지않더라도 유전자 조작으로 카페인을 만드는 유전자가 작동하지 못하도록 함으로써 자연적으로 카페인이 제거된 커피를 즐길 수 있게 될 것이다.당도가사과만큼이나 높은 토마토와 감자를 개발하는 것이 이 분야 연구자들에게는이미 어렵게 느껴지지 않게 됐다.
자연적으로 청색을 띠는 면화가 개발되어 이 청색면화에서 뽑은 실로 짠 바지는 염색을 하지 않아도 자연스러운 푸른빛을 띤 블루진이 될 것이다.노랗거나 빨간 면화를 만들 수도 있다.
우리 생활에서 플라스틱은 필수 불가결한 소재이며,현대는 석기와 철기시대를 잇는 플라스틱 시대라고 말할 수도 있다.그러나 난분해성의 석유화학계열의 플라스틱은 이제 전세계적으로 공해의 주범이 되고 있다.그 실질적 대체는 생분해성 플라스틱인데 현재는 값이 비싸서 의료용 등 한정된 범위에서만사용되고 있다.그러나 조만간 유채나 콩에 미생물의 유전자를 도입함으로써생분해성 플라스틱을 값싸게 생산하여 우리 주변의 난분해성 플라스틱을 대체하게 될 것이다. 일본에서는 철성분이 과도하게 함유되어 있어서 농사짓기가 어려운 토지에 철을 효과적으로 흡착하는 콩 단백질의 유전자를 도입한벼를 재배하였더니 일반 작물과는 달리 생장에 어려움이 없었으며 생산된 쌀에는 빈혈이 있는 사람들에게 이로운 철성분을 보통 쌀보다 훨씬 포함하게됐다는 보고도 있다.
그 뿐이 아니다.금을 흡착하는 단백질의 유전자를 도입한 작물을 광산지역에서 재배하여 수확한 후 이를 태우면열을 활용할 수 있는 것은 물론이고,그 재로부터 금을 얻는 아주 경제적인 제련법에 대한 연구도 진행 중이다.미생물로부터 도입된 유전자로 인해 고분자 공해물질을 흡수하여 분해하는 식물이 오염된 토양을 복구하며,일반 작물들도 보리처럼 혹한에 견딜 있도록개량할 수 있을 것이며,선인장같이 건조한 토지에서 자랄 수 있으며,갯벌을마다하지 않는 신품종 작물이 선보일 것이다.바야흐로 인공종자의 시대가 도래하고 있는 것이다.
인공종자는 생명공학(Biotechnology)의 최종 산출물이다.생명공학은 어떤설계도면보다도 합리적이고 효율적으로 디자인된 유전자의 배열에 따라 최소한의 자재를 사용,어떤 기계와도 비교할 수 없는 정교한 세포라는 공장을 만들 수 있다.
이 세포공장은 매우 적은 에너지를 써서 효율적으로 생산품을 만들며 일반공장에서 쏟아 내는 공해와는 비교할 수 없는 적고 안전한 부산물을 배출한다.생명공학은 유전자를 이용,새로운 제품을 만들어 낸다는 점에서 기존의기술들과 다를 바 없지만 친환경적이고 지속가능한 개발을 가능케한다는 점에서 인류 최후의 산업기술이라고 할 수 있다.
이러한 생명공학의 발전은 얼마나 많은 유용 유전자를 확보할 수 있는가에따라 결정된다.선진 각국이 생물자원 확보와 유전체 연구에 국가 정책적 지원을 아끼지 않는 것은 바로 21세기를 지배할 생명공학 산업에서 주도권을확보하기 위해서다. ●생명공학시대 대책.
인류는 산업혁명과 유전학 및 유기화학의 발달에 힘입어 20세기의 녹색혁명을 달성했지만 자연파괴와 환경오염이라는 엄청난 대가를 치뤄야 했다.따라서 21세기의 녹색혁명은 환경을 지키면서도 농산물의 수확량을 획기적으로늘릴 수 있는 과학기술을 통해 이뤄져야 한다는 생각이 지배적이다.그 해결의 열쇠를 쥐고 있는 분야가 생명공학이다.
생명공학이 이처럼 21세기를 주도할 핵심기술로 떠오르면서 유용 유전자원의 확보가 발등의 불로 떨어졌다.
생명공학 기술의 기본 자원인 유전자원의 확보와 직결되는 것이 생물다양성(Biodiversity)의 보존이다.생물다양성은 생태계에 있어서 종 구성의 다양성을 의미하며 생물종에 따라 식물다양성,동물다양성,미생물 다양성 등으로 나뉜다.이 가운데 식물은 산소,식량,위약품 및 산업소재를 생산공급하는 지구상의 가장 뛰어난 공장이다.식물 다양성을 체계적으로 보존하고 이용기술을개발하는 것은 환경보존 뿐 아니라 국가경쟁력 확보와 생물자원의 무기화 대응을 위해 매우 중요한 의미를 갖는다.
미국 등 선진국에서는 식물 유전자원의 중요성을 일찍부터 인식하고 전세계를 대상으로 체계적인 수집 및 활용연구를 수행하고 있다.
우리나라도 올해부터 ‘21세기 프론티어연구개발사업’의 일환으로 국내 자생생물다양성을 산업적으로 이용하는 작업에 들어갔다.야생도라지,가시오갈피,주목나무 등 국내에 자생하는 다양한 야생 및 특용식물자원 등을 수집·보존·활용해 경쟁력 있는 고부가가치 식물육종과 유용물질의 생산에 필요한기술을 개발하는 것이다.
야생도라지의 색소유전자를 도입한 푸른장미,토착희귀식물인 가시오갈피나무와 울릉도와 제주지역의 주목나무 및 자생 은행나무를 활용한 의약품 등이이 연구의 최종산물이다.
2010년 생명공학산업의 세계시장규모가 약 1,000억달러로 예상되며 이 가운데 식물관련이 30∼40%에 달할 것으로 추정되고 있다.생물다양성의 생명공학적 활용은 인류가 당면한 식량,환경,및 보건문제 해결의 대안으로 연구결과의 파급효과가 매우 클 것으로 기대되고 있다.
[함혜리기자 lotus@] 劉長烈 ▲48세 ▲서울대 문리대 식물학과 ▲미 미시간주립대 농학박사 ▲플로리다대 연구원 ▲생명공학연구소 책임연구원 ▲주요연구 성과=수박,인삼 등의 형질전환 시스템 개발,고구마 세포 배양에 의한 효소(POD)생산(jrliu@mail.kri)
