비타민A 풍부한 황금쌀 개발

비타민A 풍부한‘황금 쌀’ (golden rice)

[ 농촌진흥청 자료 ]

- ‘황금 쌀’은 최근 스위스 연방 기술원(Swiss Federal Institute of Technology) 식물학연구소의 한 연구팀이 최초로 생물공학기술을 이용하여 개발한 베타 캐로틴을 함유한 노란 색깔의 쌀을 신문 기자들이 붙인 이름이다. 쌀 배유에는 베타 캐로틴을 만들어 낼 수 있는 생합성 경로를 갖추고 있지 못하기 때문에 이 비타민 A 작용을 가진 물질을 생성토록 하려면 다른 식물로부터 관련 유전자를 벼에 전환시키는 생물공학적 방법을 적용하지 않으면 안된다.


- 현재 전세계적으로 약 124백만 어린이들이 비타민 A 결핍으로 고통을 당하고 있으며 이에 대한 영양 결핍을 개선시킨다면 해마다 1～2백만 명이나 되는 어린이들을 암흑과 죽음으로부터 구제할 수 있을 것이라고 한다. 전세계 쌀 소비량의 90% 이상을 먹고 있는 남동아시아 지역에도 이 비타민 A의 결핍으로 매년 25만명이나 되는 어린이들이 실명을 하여 장님이 되는 것으로 추정되고 있다. 따라서 쌀에서 베타 캐로틴을 만들어 낼 수 있는 품종을 개발하여 보급하게 된다면 이러한 문제가 말끔히 해결될 수 있을 것이다.


- 비타민 A는 동물 식품에서 얻어지는 레티놀(retinol)과 같은 생물작용을 나타내는 물질을 총칭하여 말하는 것이다. 자연에서 얻을 수 있는 것으로 비타민 A1인 레티놀과 비타민 A2인 디하이드로레티놀(dehydroretinol)이 알려져 있다. A1은 뭍에 사는 짐승과 바다 어류에, A2는 담수 어류에 주로 함유되어 있다고 한다. 이 비타민 A가 부족하게 되면 주로 취학전 연령의 아이들에게 밤 눈이 어두운 야맹증(夜盲症), 눈이 멀게 되는 원인이 되는 각막건조증(角膜乾燥症)이나 각질연화증(角質軟化症), 어린이의 성장을 저해시키거나 면역성을 저하시키는 현상을 유발시키게 된다고 한다.


- 녹·황색 잎이나 뿌리 채소와 과일에 많이 함유된 프로비타민 A(provitamin A) 물질로는 알파 캐로틴(α-carotene), 베타 캐로틴(β-carotene), 감마 캐로틴(γ-carotene), 크립토크산틴(cryptoxanthin), 에치네논(echinenone) 등이 있는데 이는 동물 체내에서 비타민 A로 변하게 된다. 이들 프로비타민 A는 주로 작은 창자에서 산소 첨가효소의 작용에 의해 비타민 A로 바뀌게 되며 성인의 하루 베타 캐로틴 섭취 요구량은 약 6천 IU(3.6㎎)정도 되고 캐로틴 중에는 베타 캐로틴이 가장 강한 생리적 작용을 나타낸다고 한다.

- 비타민 A는 동물 체내에 대부분 지방산 에스테르 형태로 특히 간에 많이 저장된다. 인체에 섭취된 캐로틴 류는 채소 및 과일에 함유된 양의 약 4～17%정도만 비타민 A로 바뀌어 이용되며 생성된 비타민 A는 혈장에 있는 레티놀 결합단백질과 결합한다. 비타민 A는 인체 내에서 주로 세가지 형태의 생리작용을 나타낸다. 비타민 A 알데하이드인 레티날(retinal)은 생식세포에서 레티놀 결합 단백질과 결합하여 세포내에 잡혀 들어가게 되면 핵 단백질과 결합하여 특정 유전자의 발현을 제어하는 데에 관여하는 것으로 알려져 있다. 눈의 망막 세포에서는 광수용 단백질(光受容蛋白質)인 옵신(opsin)과 결합하여 시홍(視紅)인 로돕신(rhodopsin)을 형성하여 시각에 관여하게 된다. 다른 조직의 세포에서는 레티놀인산에스테르로 되어 점질 다당류 (mucopolysaccharide)의 생성에 관여하며 상피(上皮)세포나 연골(軟骨)과 더불어 생체막의 기능을 유지한다고 한다. 또한 레티놀인산에스테르는 생체막을 통하여 올리고당(oligosaccharide)의 수송을 담당하는 역할을 한다고 한다.

- 비타민 A의 전구물질인 베타 캐로틴을 만들어 내는 볍씨가 처음으로 한 스위스 연구팀에 의하여 그 생합성에 관련되는 세가지 효소를 다른 종에서 분리하여 도입하는 생물공학적 방법을 이용하여 형질 전환시킴으로써 만들어졌다. 이들 효소 관련유전자는 원래 벼에는 없기 때문에 관행적인 인공 교배를 통하여 만들 수 없고 베타 캐로틴을 합성해 내는 생화학적 경로가 밝혀지지 않으면 생물공학적인 형질 전환 방법을 제대로 수행할 수가 없다. 따라서 이 역사적 분자육종의 성공은 생물공학, 생화학, 식물생리학, 인체영양학, 유전학 및 육종학 관련 과학자들이 공동으로 참여한 협력 연구를 통하여 이룩될 수 있었던 것이다.


- 벼의 등숙기간 중에 미성숙된 배유는 효소 파이토인 신쎄이스(phytoene synthase) 의 발현으로 무색인 캐로틴 파이토인(uncolored carotene phytoene)을 만드는 데 이용될 수 있는 초중기의 제라닐제라닐 다이포스페이트(geranylgeranyl diphosphate)를 합성할 수 있다. 베타 캐로틴이 만들어지기 위해서는 추가로 세가지 효소 즉 파이토인 디새츄어레이스(phytoene desaturase), 제타-캐로틴 디새츄어레이스(ζ-carotene desaturase) 및 라이코핀 베타-사이클레이스(lycopene β-cyclase)가 필요하다. 이들 효소 유전자 중 파이토인 디새츄어레이스와 라이코핀 베타-사이클레이스 유전자는 나팔수선화(daffodil, Narcissus pseudonarcissus)에서 분리하여 도입하였고 캐로틴 디새츄어레이스 유전자는 형질 전환하는 노력을 줄이기 위해서 한 박테리아(Erwinia uredovora) 종으로부터 분리 도입하였다고 한다.

- 이들 베타 캐로틴 생합성 관련 효소 유전자를 아그로박테리움(Agrobacterium) 운반체를 이용하여 미리 인공배지 상에서 배양시킨 벼 미숙 배(胚)에 접종시켜 목표 유전자의 도입 여부를 확인한 다음 파이토인 신쎄이스를 포함하여 네 개의 유전자가 모두 형질 전환된 10개의 벼 식물체를 온실에 재배하여 종자를 얻었는데 모두 정상적인 생육과 임성을 나타내었다고 한다. 그림 1에서 보는 것처럼 형질 전환 벼 식물체로부터 수확한 쌀은 캐로티노이드 생성을 나타내는 노란 색깔을 띄었다. 가장 짙은 노란색깔을 띈 쌀을 HPLC(high-performance liquid chromatography)로 분석한 결과 쌀 1g당 1.6㎍의 캐로티노이드 함량을 나타내어 동형접합 상태의 고정된 후대에서는 베타 캐로틴 함량이 최소한 쌀 1g당 2㎍이상인 것을 얻을 수 있을 것이라고 한다. 사람이 베타 캐로틴을 섭취할 경우 대개 과일에서 베타 캐로틴 6㎍이 비타민 A 1㎍의 비율로 전환될 수 있지만 시금치와 같은 채소에서는 소화로 녹아나는 정도가 매우 낮기 때문에 베타 캐로틴 24㎍이 비타민 A 1㎍의 비율로 전환될 뿐이라고 한다. 이 ‘황금 쌀’에서는 아직 베타 캐로틴의 비타민 A 전환률에 대하여 밝혀져 있지 않지만 아마도 과일보다 높지 않겠나 예상되고 있다.

 

 

 

유전자 조작, 논란의 진실은?

[ 사이언티픽 크리틱스 퍼온글 ]

당신은 유전자 조작(GM) 작물에 대해서 얼마나 알고 있는가? 해롭다거나 안전성이 입증되지 않았다고 생각하는가?   유전자 조작 작물은 과학적 진실과 대중의 인식이 완전히 딴판이다. 과학계에서는 전혀 논란이 없는 주제가 대중들에게는 과학계에서 논란이 있는 것처럼 왜곡돼 전해지고 있다. 마치 창조론자들이 과학계에서 진화론에 대한 논쟁이 끊이지 않는 다고 왜곡하는 모습과 흡사하다.   진화론에 대한 왜곡이 기독교인들이 벌인 사기라면, 유전자 조작의 안전성은 제정신이 아닌 채 목소리만 큰 환경운동가들과 반 문명론자들, 진실 따위에는 관심도 없이 자극적인 기사로 시선을 끌려고 하는 언론 그리고 특정한 정치적 입장을 가진 사람들로 인해 왜곡되고 있다.   우리나라에서도 소위 '진보'라고 불리기를 자처하는, 실제로는 진보를 반대하는 부류의 사람들이 진실을 왜곡하고 있다. 오마이뉴스나 프레시안 같은 '진보'매체의 유전자 조작 작물 관련 기사들을 보면 우려를 감출 수가 없다.   신기술에 대한 불안감을 조장하고 저항하는 행위는 대부분 선진국 사람들이 벌인다. 심지어 과학자들을 상대로 테러를 저지르기도 한다. 건강하고 배부르게 사는 부유한 국가의 사람들에게는 별로 중요한 일이 아닐지도 모르지만, 그들이 무지와 편견으로 인해 신기술에 거부감을 갖는다고 해서 남한테까지 참견하는 일은 심각한 해악, 살인행위가 되기도 한다.   유전자 조작 작물의 안전성 과학자들이 처음으로 유전자조작 작물을 개발한지 30년이 지난 이 때까지 유전자 조작 작물이 유전자조작을 하지 않은 작물에 비해 조금이라도 더 건강에 해를 끼친다는 증거는 보고된 적 없다.   WHO도 유전자 조작 작물이 안전하다고 인정하고 있으며, 무려 2000편 가량의 과학 논문들이 유전자 조작 작물의 안전과 영양에 문제가 없음을 보였다. 이탈리아 과학자들이 최근 10년간 발표된 총 1,783편의 유전자 조작 작물 관련 논문을 검토해 건강에 해를 끼친다는 증거가 발견된 적이 없다고 보고했다.   다국적기업의 거대자본에 과학자들이 모두 매수당했다는 허무맹랑한 주장을 펼치는 사람들도 있지만, 이 연구들 중 상당수는 기업과 관련 없는 연구비로 이루어졌다.   유전자 조작이 해를 끼쳤다는 루머도 떠돌지만, 언제나 이 세상에는 이상한 주장을 하는 한심한 사람들이 넘쳐난다는 사실을 기억할 필요가 있다. 외계인에 납치되었었다는 사람, 천국을 보고 왔다는 사람, 귀신을 볼 수 있다는 사람 등 별의별 사람이 다 있지 않은가. 그러던 중 작년에 유전자 조작 작물의 위험성을 경고하는 논문이 발표돼 이목을 집중시켰다. 동종요법과 침술 전문이라는 기괴한 의사를 포함한 프랑스 연구팀이 한 학술지에 유전자조작 옥수수를 먹인 쥐가 그렇지 않은 쥐에 비해 암 발생률이 높았다는 실험결과를 Food and Chemical Toxicology에 발표한 것이다. 이 논문은 유전자조작 작물의 유해성을 처음으로 발견했다는 점에서 주목을 받았지만 곧장 빈약한 데이터로 결론을 단정해 많은 과학자들의 거센 비판에 직면했다. 결국 지난달 Food and Chemical Toxicology의 편집진은 논문의 결함을 인정해 철회시키기에 이르렀다.   결국 유전자 조작이 건강에 위협이 된다는 주장은 과학적 근거가 없는 허무맹랑한 믿음에 불과하다.   유전자 조작의 원리   먼저 유전자 조작이란 무엇인가 간단히 알아보자.   약 1만년 전 인류는 농경을 시작한 이래로 끊임없이 작물들을 개량해왔다.   벼는 익을수록 고개를 숙이는 이유는 기형이기 때문이다. 제때 추수를 하지 않으면 벼는 그 자리에 주저앉아 버린다. 야생의 벼는 낱알이 익으면 튀어나가 퍼져서 번식을 해왔지만 인간이 개량시켜 재배하는 벼는 그 능력을 잃었다.   낱알이 튀어나가면 수확하기가 어려운 탓에 벼라는 생물의 입장에서 보면 스스로 번식 기능을 제대로 못하는 기형을 만들어서 이용하고 있는 것이다.   인간은 이렇게 자연 상태라면 기형이라 번식이 불가능한 돌연변이들을 만들어왔고, 이를 위해 서로 다른 종들을 뒤섞기도 하고 심지어 방사선으로 DNA에 무작위적인 변이를 일으키고 그 중 우리의 요구에 맞는 돌연변이를 선택해 재배해왔다. 기존의 방식은 작물의 유전자와 세포에 어떤 알 수 없는 일들이 벌어졌는지 모른채 무턱대고 사용하는 식이었다.   유전자 조작 방법은 생명공학 기술을 이용해서 우리가 원하는 특성을 만들어내는 유전자를 다른 생물에서 복사해다 작물에 붙여넣어 우리가 원하는 특성을 직접 집어넣는 방법이다. 말 그대로 복사하고 싶은 명령어를 복사해다 붙이는 일이다.   수많은 환자들을 구한 유전자 조작   당뇨병 환자에게 필요한 인슐린 단백질은 유전자 조작 기술이 개발되기 전에는 소나 돼지의 췌장에서 직접 추출해야 했기 때문에 생산되는 양이 극히 적었다. 동물에게서 직접 추출하다보니 동물의 바이러스 등이 옮길 위험성도 감수해야했다. 환자 한 명이 일년동안 쓸 양을 얻기 위해서는 돼지 70마리의 췌장이 필요할 정도라 엄청나게 비싸 소수의 부유한 계층만 혜택을 누릴 수 있었다.   그러나 1982년 이후로 대장균에 인슐린을 만드는 유전자를 집어 넣는 유전자 조작으로 대장균을 배양해 인슐린 단백질을 대량 생산할 수 있게 되어 안전한 인슐린이 싼 값에 공급된다. 혈우병치료제나 성장호르몬 등도 같은 방법으로 생산된다.   유전자조작 농산물도 마찬가지로 병충해에 강하게 하거나, 생산성을 높이거나, 저장기간을 높이는 등의 기능을 하는 유전자를 다른 생물에게서 복사해다 넣었을 뿐이다.   즉, 유전자 조작이란 기존의 어떤 일이 벌어지는지 알 수 없는 방법에서 정확하게 우리가 필요한 부분만 바꾸는 방식으로 진보한 것이다. 원론적으로도 오히려 전통적인 방식에 비해 불안감이 해소됐다고 봐야 한다. 게다가 혹시라도 모를 위험성을 걸러내기 위한 엄격한 시험 과정을 통과한 유전자 조작 작물만이 유통된다.   수백만의 목숨을 앗아간 황금쌀 반대론자들   WHO에 따르면 전 세계에서 매년 25만 명에서 50만 명의 어린이가 비타민A 결핍으로 시력을 잃고 이 중 절반이 1년 이내에 사망한다.   1999년 독일과 스위스의 과학자들은 벼에 수선화와 미생물의 유전자를 도입시켜 비타민A의 원료물질인 베타카로틴을 가진 황금쌀(golden rice)개발했다. 쌀을 주식으로 하는 인도에서 황금쌀을 재배하면 이 중 4만 명의 희생자를 지켜낼 수 있다고 한다.   ▲황금쌀     황금쌀을 개발한 과학자들은 인도적인 차원에서 이들에게 황금쌀을 무료로 공급하기 위해 발벗고 나서 70여건의 특허 문제도 해결했지만 유전자 조작 작물에 대한 혐오로 인한 지나친 규제와 반대로 인해 아직까지 공급되지 못하고 있다.   반대의 최전선에 선 단체 중 하나는 그린피스(Green Peace)다. 고래의 목숨을 위해서라면 지구 끝까지도 쫓아갈 정도로 생명을 아끼는 그들에게는 가난한 나라 아이들의 목숨보다는 자신들의 이데올로기가 우선이다.   초기에 그린피스는 황금쌀로 섭취할 수 있는 비타민 A의 양이 적다는 이유를 들어 반대했다. 그동안 황금쌀도 개량되어 2012년 미국과 중국의 과학자들이 중국 어린이들을 상대로 하루 100~150g의 황금쌀을 공급하면 비타민A 하루 섭취 권장량의 60%를 쌀로 채울 수 있다는 연구결과를 발표했다.   그린피스는 이 연구에 대해 중국의 어린이들이 '기니피그(실험용 동물)'로 이용되었다며 자극적인 문구로 선동에 나섰다. 그런데 이미 수 년전 미국인들을 대상으로도 실험이 이루어졌었다. 중국 어린이들이 만만한 상대라 황금쌀을 먹인 것이 아니다.   반 자본주의자들도 황금쌀을 필요로 하는 국가들을 상대로 "식량주권을 빼앗겨 외국의 거대자본에 종속될 것"이라며 반대를 부추겼다. 황금쌀은 아무 조건 없이 무상으로 공급되기에 재배하는 국가와 농부들에게는 기존의 쌀을 재배할 때에 비해 비용이 더 들지 않는다.   답답한 상황을 보고만 있던 과학자들 수천명이 황금쌀을 지지하는 청원서에 서명하기도 했다.   우여곡절 끝에 2013년이 되어서야 필리핀 정부가 황금쌀 시험재배를 시작했다. 드디어 희망이 다가오는가 싶었지만 반대론자들이 지난 8월 시험재배 중인 논에 난입해 쑥대밭으로 만들었다.   배부른 사람들끼리 다투는 일분 일초에도 수많은 불쌍한 아이들이 엄마를 더 이상 볼 수 없는 운명을 맞고 있다.   비관적 이기주의자의 살인 행위   인간은 자신의 눈앞의 이익만을 위해 행동하도록 진화하지 않았다. 인간은 남을 도우려는 본성과 그럴만한 진화적 동기들을 가지고 태어난다. 비관적 이기주의자들은 이 점을 보지 못하고 자신만이 '정의'를 추구한다고 착각한다.   거대자본으로부터 가난한 나라의 아이들을 지키려고 자신을 희생한다고 믿는 사람들은 거대자본의 힘으로 남을 도우려는 동기를 가진 사람들이 있다는 사실을 왜 보지 못하는가? 식량이 부족한 나라에 선진국에서 무상으로 식량을 제공해주고, 의약품이 부족한 나라에 제약회사가 의약품을 제공해온지 오래다.   유전자 조작 작물을 개발해 종자를 판매하는 거대 기업이 세상을 망칠 것이라는 믿음도 근거가 없다. 우리가 먹고, 입고, 사용하는 거의 모든 것들이 이윤을 추구하는 기업의 손을 거쳐서 왔지만 우리의 삶은 자급자족하던 옛날과는 비교할 수 없을 정도로 개선되었다. 인간들 사이의 거래는 양 쪽 모두가 이득을 보는 윈-윈(win-win) 게임으로 가득하다.   환경 파괴를 이유로 유전자 조작 작물을 반대하는 주장도 비합리적이기는 마찬가지다. 인류가 작물을 끊임없이 개량해오지 않았더라면 이 많은 인구를 먹이기 위해서는 야생생물들에게 양보할 땅이 거의 없었을 것이다. 유전자 조작으로 생산성이 높아질수록 인간은 더 많은 땅을 야생 동식물에게 돌려줄 여유가 생긴다. 유전자 조작 작물이 재배된 지 오래지만 생태계를 망가뜨린 적은 없다.   비합리적인 이유로 진보를 가로막는 행위는 그 혜택으로 목숨을 건질 수 있었을 수많은 사람들을 죽이는 살인 행위다.   지금도 수많은 과학자들과 기업들이 영양결핍에 시달리는 아이들을 구할 유전자 조작 작물 개발에 몰두하고 있다. 이들과 반대론자들 중 누가 진정 인류를 위하고 있는 것일까?   비관주의자들은 30년 간 자신이 행위가 옳다는 증거가 나오기만을 기다려왔고 또 계속 기다릴 것이다. 증거가 나오지 않더라도 언젠가 나오리라는 믿음으로 행동을 멈추지 않을 것이다. 마치 종말이 곧 도래한다고 믿는 종말론자들과 같다.   닮은 듯 다른, 비관주의자들과 종말론자들. 둘 중 어느쪽이 인류에 더 암적인 존재일까?

 

 슈퍼쌀과 황금쌀

 

황금새우 

 황금감귤쌀