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식탁위의 설탕 사탕수수의 생명공학 효율성손수인/농촌진흥청 국립농업과학원 생물안전성과
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승인 2015.03.05  15:02:18
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우리가 사탕수수를 생각할 때 흔히 식탁위의 설탕을 떠올린다. 가장 인기있는 감미료또한 화학적으로 잘 알려진 설탕이다. 사실상, 사카룸 (Saccharum, 사탕수수) 속에 속하는 이 작물은 세계적으로 생산되는 자당의 80%를 책임진다. 나머지 20%는 사탕무로부터 온다. 해마다 20억 톤의 사탕수수 줄기가 설탕가루로 분쇄된다. 그러나 달콤함 보다 더한 것이 이 작물에 분명히 있다.

전통적인 방법으로 사탕수수는 섬유로부터 화합물에 이르기까지 다양한 제품을 만들 수 있다. 현대 생명공학의 경이로운 발전으로 인해 이 작물은 좀 더 다양한 목적으로 재배되고 사용된다. 새로운 유전자를 삽입하여 현재의 것을 변형시키는 식물 생명공학은 사탕수수를 설탕뿐만 아닌 의학적, 산업적 용도를 가진 화합물이나 새로운 바이오연료의 생산 등 좀 더 효율적인 생산자가 되게끔 변화시킨다. 한 예로 사탕수수의 자당 함량을 증가시키기 위해 생명공학 연구가 수행되었다. 이를 위해 자당을 저장하는 줄기에서 자당의 축적에 관련된 많은 상호작용의 과정들을 이해하는 것이 필요하다. 과학자들은 이러한 과정들을 작동하도록 하는 중요한 효소들을 발견했는데, 그것은 줄기에서 자당의 좀 더 효율적인 축적을 위한 유전자조작에 의해서 빨라지거나 느려지게 될 수 있다. 사탕수수에서, 유전자 변형은 자당 합성 시기 중 한 단계에서 수행된다. 예를 들어, 첫 번째 단계로서, 남아프리카 과학자들은 특별한 효소를 유전적으로 차단시켰다. 이는 유전자 변형된 사탕수수 식물의 어린줄기에서 자당의 함량을 증가시켰다. 최근 연구에서는 다른 변형 과정을 통해서 사탕수수의 자당 생산량이 상당량 증가할 수 있음을 보고하였다.

자당은 발효를 통해서 바이오연료인 에탄올을 만드는데 널리 사용되고 있다. 에탄올은 화석연료에 대한 대체물로 쓰일 수 있고, 이는 석유에 대한 의존성을 감소시키고 온실 가스의 방출을 막을 수 있다. 사탕수수 육종가들은 에탄올 생산을 증가시키기 위해 자당 생산에 초점을 맞추어 왔다. 그러나, 자당을 식품으로서 사용하기보다 에탄올을 생산하기 위해 증가시킨다는 목적은 윤리적· 경제적 우려를 야기했다. 이와 같은 우려는 식품으로서의 자당소비에 영향을 주지 않고 에탄올을 효율적으로 생산할 수 있는 요구를 이끌어냈다. 셀룰로오스의 복잡한 화학구조는 효소에 의해 에탄올로 발효시킬 수 있는 단순 설탕으로 분해되어진다. 그러나 이는, 비용이 많이 드는, 고된 전처리 과정을 사용하여 제거될 수 있는 리그닌이라 불리는 물질에 의해서 보호되어 진다. 브라질에서의 현재 생명공학은 리그닌의 화학적 구조를 변형하여 쉽게 찌꺼기로부터 분리되어질 수 있도록 하는 것을 목표로 하며 이것은 셀룰로오스의 에탄올로의 전환을 효율적으로 할 수 있게 해준다. 호주 과학자들은 사탕수수에 미생물 유전자를 삽입하였고 성숙한 식물의 잎에서 셀룰로오스 분해 효소가 정확히 작동할 수 있는 형질전환 사탕수수를 만들었다.

사탕수수는 태양과 물을 생체질량(biomass)으로 전환시키는데 있어서 가장 효율적인 작물이다. 따라서, 과학자들은 사탕수수를 의학적이고 산업적인 적용을 위해 특정 물질을 함께 생산할 수 있는 이상적인 식물로서 이용한다. 그 예로서, 형질전환 사탕수수 식물은 치유단백질과 바이오폴리머의 자연 전구물질과 같은 고부가가치 화합물들을 생산하도록 유도하고 있다. 이 분야에서 가장 두드러지는 성과는 대체 감미료의 생산이다. 이 물질은 설탕보다 느리게 소화되고 당뇨에 좋고, 또한 이가 썩게 만드는 박테리아의 성장을 억제하는 것으로 알려졌다.

식물형질전환 기술은 사탕수수의 생산량을 증가시켜 농민들에게 이득을 가져다 줄 수 있고, 다른 생명체로부터의 유전자 도입을 통해 악조건의 환경과 해충으로부터 사탕수수를 보호할 수 있게 할 수 있다. 인도네시아에서 가장 첫 번째로 상업화 된 것은 가뭄저항성 사탕수수이다. 이 것은 베타인의 생산과 관련된 박테리아 유래 유전자를 포함하고 있다. 이것은 식물에 물이 부족할 때 식물세포를 안정화시키는 화합물로 알려져 있다.

사탕수수 생물공장에 대한 잠재력은 과학적인 그리고 사업적인 관심을 이끌어왔다. 그러나 사탕수수의 상업적 사용을 위한 환경 방출은 조절 당국의 또 하나의 도전이 될 수 있다. 형질전환 작물로부터 비의도적 유전자의 이동에 따른 위해성은 사탕수수의 생명공학적 접근에 대한 주요 결점이 될 수 있다. 그러므로, 사탕수수와 같은 형질전환 작물의 성공은 이용 후 방제 효율성에 근거한다고 해도 무리가 아닐 것이다. 지지자들은 사회경제적 그리고 생물 안전성 측면에 기초를 두고 생명공학 사탕수수의 효율성과 이득을 결정해야 할 것이다.

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