종자는 한 나라의 식량 주권을 지키는 데 절대적인 존재다. 종자가 없으면 다국적기업으로부터 비싼 돈을 주고 종자를 수입할 수밖에 없다. 세계 각국이 종자를 지키기 위해 필사적인 이유다. 그래서 다국적기업들은 바이오기술 등 첨단과학기술을 동원해 기후변화 대응 종자 등 각종 스트레스에 강한 종자개발에 주력하고 있다.

황인상 기자 his@

종자산업의 중요성이 부각되면서 서울대학교 식물분자육종사업단의 행보가 화제다. 국가원천기술 기반을 마련하고 생명공학의 실용화 및 인프라 구축과 그 지원사업에 총력을 기울여 온 서울대학교 식물분자육종사업단은 최근 CRISPR/Cas9 기반 식물 유전자 표적 돌연변이 제조기술 개발에 성공, 식물 원형질체로부터 식물체를 제조하는 방법으로 특허를 출원했다.  고희종 서울대학교 식물분자육종사업단장을 만나 자세한 얘기를 들었다.

GMO를 대체할 수 있는 새로운 유전체 교정 기술 개발

▲ 고희종 단장

크리스퍼 유전자가위는 식물 유전자를 맞춤 교정하는 도구로 널리 사용되고 있으나 기존에는 이를 DNA 형태로 식물세포에 도입했기 때문에 그 DNA 조각이 식물 유전자에 삽입될 가능성을 배제할 수 없었다. 그 결과 유전자 교정 식물은 GMO로 간주되었다. GMO는 안전성과 환경 유해성 여부를 평가하기 위해 막대한 비용과 시간이 소모된다. 이로 인해 다국적 종자회사들이 GMO 종자 개발을 독점하고 있는 실정이다.

고희종 서울대학교 식물분자육종사업단장은 “최근 GMO의 안전 규제를 우회하는 새로운 유전체 교정 기법에 성공했다”면서 “유전자 절단 단백질인 Cas9과 지정된 유전자의 염기서열을 인식하는 작은 RNA(guide RNA)를 기내에서 조립한 후, 이 복합체를 세포벽이 제거된 식물 원형질체에 직접 주입하는 방식으로 세계 최초로 작물의 유전자 교정에 성공한 것이다”고 설명했다.  사업단의 지원하에 서울대 최성화교수 연구진은 브라시노스테로이드(brassinosteroid, BR) 호르몬의 신호전달에 관여하는 목표 유전자를 교정한 상추의 단일 세포로부터 재분화 과정을 통하여 유전자가 교정된 개체를 46% 높은 효율로 확보할 수 있게 되었다. 이러한 내용은 세계적으로 권위 있는 <Nature Biotechnology>에 게재되었다.

고희종 단장은 “크리스퍼 유전자가위를 DNA가 아닌 단백질과 작은 가이드 RNA 형태로 식물세포에 도입해 유전자를 맞춤 교정하는데 최초로 성공했다”면서 “기존 돌연변이 육종법은  식물 종자에 무작위적인 유전자 변이를 일으킨 후 우연히 만들어진 우수 종자를 골라내는 방식인 반면 크리스퍼 유전자가위는 유전자를 정해 놓고 변이를 도입하는 방식이다”고 강조했다. 이번 CRISPR/Cas9 기반 식물 유전자 표적 돌연변이 제조기술 개발의 성공으로 GMO 심사에 적용되지 않는 기술로 종자산업 육성이 가능해질 것으로 기대된다. 고 단장은 “생명공학 기술을 활용한 종자산업은 유전자 변형 식물(GMO)의 안전성 심사에 막대한 개발비용이 발생한다”면서 “유전자교정 방법은 이에 적용되지 않는 새로운 돌파구가 될 수 있다. 또한 기존 농작물 육종 기술과는 차별화되어 신품종 개발이 빠르고 정확하여 치열한 종자산업에서 주도권을 확보할 수 있으며 특허권 확보를 통한 원형질체 재분화 방식의 활용 및 개발가능성 선점이 가능하다”고 전했다.

출범 이후 유의미한 다수의 연구 성과 거둬
지난 2010년 출범 이후 사업단은 세계 최초로 탄저병 저항성 고추품종 육성, 벼와 콩 품종감별을 위한 바코드 시스템 개발을 비롯하여 벼에서 기능성이 강화된 품종·다수성 품종 개발, 옥수수의 가공용 품종·밀의 복합저항성품종 및 내수발아 제빵용 중간모본 등의 육성 등 다수의 획기적인 사업성과를 도출해내고 있다. 고희종 단장은 “사업단은 또한 고품질, 기능성, 고식미 품종 육성에 적용가능한 벼 배유 전분대사 관련 유전자를 분리하는 성과를 거두었다”면서 “야생벼에서 수량안전성 유전자를 탐색하였고, 밀에서도 초다수성 계통들을 육성하는 등 유의미한 연구성과를 거두고 있다”고 강조했다.

사업단이 최근 수행하고 있는 Peptide interference(PEPi) 원리, 즉 단백질 억제원리를 이용한 유전자 기능 조절 연구 역시 저온 저항성 등 고부가가치 스트레스 내성 작물을 개발할 수 있어 향후 성과가 기대되는 연구 중 하나다. 종자주권은 종자 개발자가 갖는 지식재산권이다. 새로운 종자나 식물이 만들어지고 키워지면 특허와 같이 일정 기간 법적으로 보호해 준다. 이를 사용하기 위해서는 로열티를 지불해야 한다. 종자 개발 노력을 게을리 한 채 방치할 경우 수년 내에 지금보다 더 비싼 가격을 지불하고 들여와야 하는 최악의 상황이 우려된다. 또한 국내 농축수산물의 우수성을 감안할 때 우수 자원을 활용한 개발은 양질의 먹을거리 생산과 직결되며, 그 핵심에는 종자산업이 있다. 세계 식물분자육종 사업을 선도하고 나아가 대한민국의 미래 식량산업의 주권을 강화해나갈 서울대학교 식물분자육종사업단의 향후 행보에 귀추가 주목된다. NM