배경

지구 온난화와 기상이변은 전 세계 식량 생산 체계를 뿌리부터 흔들고 있습니다. 가뭄과 이상 고온, 염류 집적 같은 환경 스트레스는 주요 곡물의 생산성을 매년 큰 폭으로 떨어뜨립니다. 전통 육종 방식은 오랜 세월 품종 개량을 이끌어 왔으나, 교배와 선발에 최소 수년에서 십수 년이 걸릴 뿐 아니라 유용한 형질을 도입하는 과정에서 바람직하지 않은 형질까지 함께 딸려오는 유전적 연관 한계를 보였습니다.

현대 농업이 주력 작물 소수에 지나치게 의존하면서 유전적 다양성이 좁아진 것도 심각한 문제입니다. 수천 년 동안 인류가 길들인 작물은 수확량과 가공 편의성을 중심으로 선발된 결과, 거친 야생 환경에서 살아남는 유전적 방어 기제를 상당 부분 상실했습니다. 반면 야생 근연종과 척박한 땅에서 자라는 야생 식물은 혹독한 건조와 고열 속에서도 광합성을 유지하고 수분을 보존하는 강건한 생존 체계를 고스란히 간직하고 있습니다.

연구자들은 야생 식물의 강인함에 주목해 왔지만, 이들 방대한 유전체에서 어떤 인자가 스트레스 저항성과 수확량 증대를 이끄는지 찾아내기란 모래사장에서 바늘 찾기와 같았습니다. 여기에 농가와 산업계가 요구하는 속도에 맞춰 실제 작물에 형질을 안전하고 빠르게 적용할 정밀 기술도 부족했습니다. 이에 따라 거친 야생 식물이 지닌 분자 진화의 지혜를 해독하고, 이를 현대 작물에 직접 이식하려는 새로운 기술적 돌파구가 절실해졌습니다.

핵심 발견

영국 옥스퍼드대학교(University of Oxford)에서 분사한 생명공학 스타트업 와일드 바이오사이언스(Wild Bioscience)는 야생 식물의 진화 유전체 정보와 정밀 유전자 편집 기술을 결합하는 독창적 플랫폼으로 이 과제에 접근했습니다. 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)는 초기 대규모 투자 유치에 성공하며 기후 적응형 농업의 새 지평을 여는 유망 기업으로 이들을 조명했습니다.

핵심 방법론은 수억 년 동안 극한 환경에 적응해 온 야생 식물들의 유전체 빅데이터를 인공지능 기반 전산 생물학 모델로 분석하는 데서 출발합니다. 연구팀은 광합성 효율과 수분 이용 효율을 극대화하는 야생 식물의 핵심 유전자 조절 부위를 특정했습니다. 수만 종에 이르는 비작물 야생 식물의 전사체와 유전체 염기서열을 비교 분석하여 작물 생산성에 직접 관여하는 스위치 유전자를 선별해 낸 것입니다.

기존 작물 유전자 변형 기술이 외부 유전자를 무작위로 삽입하는 형질전환(LMO) 방식에 머물렀다면, 이들은 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas)를 비롯한 정밀 유전자 편집 기법을 사용합니다. 외부 DNA를 남기지 않은 채, 대두나 밀 같은 상용 작물 자체의 고유 유전자 발현량과 작동 타이밍을 야생 식물의 최적화된 형태로 미세 조정합니다.

이러한 접근법으로 식물의 잎 내부 엽록체 배치와 기공 개폐 메커니즘을 정밀 교정할 수 있었습니다. 가뭄 환경에서도 잎의 수분 손실을 억제하면서 이산화탄소 흡수율을 안정적으로 유지하는 작물 표현형을 구현해 냈습니다. 통제된 생육 챔버 및 예비 온실 시험에서 스트레스 조건 하의 바이오매스 축적량과 탄소 고정 효율이 대조군 대비 두드러진 개선을 보였습니다.

의미와 전망

이번 연구와 상용화 시도는 식물 유전학의 시선을 온실 속 표준 작물에서 지구상 모든 야생 식물로 확장했다는 점에서 남다른 가치를 지닙니다. 거친 자연에서 검증된 야생 유전자형을 청사진 삼아 작물을 재설계함으로써, 기후 위기 속에서도 지속 가능한 식량 생산 기반을 구축할 가능성을 제시합니다. 특히 유전자 편집 기술이 단순 질병 저항성을 넘어 광합성 효율과 환경 회복력이라는 다유전자성 복합 형질까지 성공적으로 다룰 수 있음을 입증해 가고 있습니다.

글로벌 규제 환경의 변화도 이들의 상용화 전망을 밝히는 요소입니다. 미국과 영국, 일본, 남미 주요국을 중심으로 외래 유전자가 들어가지 않은 유전자 편집 작물을 비규제 품목으로 분류하는 추세가 확산하고 있습니다. 이에 따라 막대한 비용과 오랜 규제 승인 기간이 들던 전통 GMO 작물에 비해 훨씬 빠른 속도로 종자 시장에 진입할 수 있을 전망입니다.

다만 넘어야 할 현실적 과제도 분명합니다. 통제된 온실과 시험 재배지에서 거둔 성과가 토양 조건과 기후가 제각각인 실제 대규모 노지 농경지에서도 일관되게 재현될지 검증해야 합니다. 복합 스트레스 환경에서 작물이 과도하게 방어 기제에 에너지를 쏟아붓다 자칫 종실 수확량이 감소하는 트레이드오프 현상이 일어나는지도 세심히 살펴야 합니다. 이와 함께 유럽연합을 비롯한 일부 지역의 보수적인 유전자 편집 규제 장벽을 넘어서는 일도 글로벌 시장 안착을 위한 중요한 시험대가 될 것입니다.