유전자교정 기술을 통한 새로운 품종 개발로 농생명의 새 시대를 여는 종자 강국이 되길
유전자교정 기술을 통한 새로운 품종 개발로 농생명의 새 시대를 여는 종자 강국이 되길
  • 박금현 기자
  • 승인 2022.11.02 17:27
  • 댓글 0
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세종대학교 바이오산업자원공학전공 황성빈 교수

2020년도 세계 종자산업은 670억 달러 규모이지만 한국은 5.4억 달러로 0.8%에 불과하다. 최근 5년간 해외에 지급한 종자 로열티는 510억으로 과수 국산화율은 17.9%에 그쳤다.  1997년 IMF 당시 국내 종자기업들이 대거 해외에 매각되면서 지금까지 우리는 이른바 ‘종자 식민지’ 시대를 살고 있지만 정작 국민들은 체감하지 못하고 있다. 이러한 상황에서 종자를 개발하고 국산화율을 높이는 사업의 R&D 투자와 지원의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 세계는 총성 없는 종자전쟁을 하고 있다. 끊임없는 연구개발을 통해 국민과 세계인들의 선호도가 높은 품목 중심으로 우리 종자를 개발하여 경쟁력을 강화해야 할 것이다. 세종대학교 황성빈 교수는 이러한 심각성을 알리고, 유전자교정 기술로 경제적이고 친환경적인 새로운 품종 개발에 힘쓰고 있다.

세종대학교 바이오산업자원공학전공 황성빈 교수 / 사진 박성래 기자

 

식물이 중금속 비소를 이겨내는 기전’ 연구 발표
최근 세종대학교 황성빈 교수는 ‘식물이 중금속 비소를 이겨내는 기전’에 대해 새 연구 결과를 발표했다. 황 교수는 ‘비소 저항성 형질전환체 식물’에서 발현이 증가하는 유전자 중 VIM1이 비소에 의해 발현이 증가함을 발견하고, VIM1의 기능 및 작용기전 규명에 관심을 갖고 연구를 진행해왔다고 말했다. 
“VIM1을 애기장대에 과발현시킨 결과, ‘비소축적’이 감소 됨으로써 ‘비소저항성’이 증가하였습니다. 이에 ‘비소축적 감소’의 원인을 찾기 위해 비소 흡수 및 배출에 관여하는 수송체 유전자들의 발현을 조사한 결과, NIP1 이라는 비소흡수 수송체의 발현이 감소함을 알아냈습니다. 결국 VIM1 때문에 NIP1 발현이 감소한 것이기에 어떻게 VIM1이 NIP1 발현을 감소시켰는가 그 기전을 규명하게 되었죠.”
그 결과, VIM1이 DNA 메틸화에 관여하는 단백질이기 때문에 NIP1의 프로모터에 메틸화를 증가시킴으로써 NIP1 발현을 억제한다는 것을 알아냈으며, 결국 VIM1이 비소흡수 수송체 NIP1의 프로모터에 메틸화를 증가시켜 발현을 감소시킴으로써 비소 흡수가 감소되어 비소저항성이 증가된다는 것을 밝혔다.
이러한 연구를 진행한 세종대학교 황성빈 교수는 ‘식물에서의 중금속 흡수 및 저항성 기전’ 연구 그리고 이를 이용한 ‘중금속 정화용 식물’ 및 ‘중금속 저축적 식물’ 개발을 꾸준히 연구해왔다. 황 교수는 미국 오스틴 소재 텍사스 대학에서 ‘일주기 생체시계에 의한 광합성 유전자 발현조절’로 박사학위를 받았으며, 이후 박사후 연구원으로 하버드 대학에서는 ‘청색광에 의한 식물 성장 조절’, 버클리 대학에서는 ‘식물을 이용한 셀레늄 및 중금속 제거’에 대한 연구를 수행했다. 이후 세종대학교에 재직하면서 ‘환경호르몬에 의한 식물성장억제 기전 규명’ 및 ‘맞춤형 불포화 지방산 합성 식물 개발’ 연구를 꾸준히 해오고 있다. 연구와 함께 세종대학교 연구처장, 입학처장, 학술전산처장(부총장 대우) 등의 대학본부 보직을 9년간 수행하여 대학발전에 기여해왔다.

 

식물 형질전환 및 유전자 교정 연구, 환경정화용·경제적인 새로운 품종 개발로 기대

황성빈 교수는 농업식품기술평가원과 함께한 ‘불포화 지방산 함유량 높인 들깨 품종 개발’ 등 그동안 환경정화용 식물 개발, 유전자교정을 이용한 품종 개발에 특히 유의미한 연구 성과를 보였다. 황 교수는 1996년 버클리 대학에서 박사 후 연구원으로 재직 중, 캘리포니아 지역 토양에 셀레늄이 고농도로 존재해 동식물들이 죽는 문제를 해결하기 위해서 셀레늄을 잘 흡수해 비독성화시키는 형질전환식물을 개발하는 연구를 수행했다. 이를 계기로 1999년 세종대학교 교수로 부임한 이후 지금까지 ‘중금속 흡수 및 배출 그리고 저항성에 관여하는 유전자를 찾아서 그 작용기전을 규명’ 해오고 있다. 그동안 그는 10개의 새로운 유전자를 찾아 그 작용기전을 규명하여 18편의 논문을 국제저널에 발표했다. 또한 이 유전자들을 이용하여 환경에 오염된 중금속을 제거하는 ‘환경정화용 식물’ 및 ‘중금속을 적게 축적하는 건강기능성 농작물’을 형질전환 기술 및 유전자교정 기술로 개발해오고 있다. 이 외에, 불포화 지방산 세 가지 (올레산, 리놀레산, 리놀렌산) 함량을 각각 증가시킨 들깨를 방사선육종으로 개발하여 품종 안정화를 진행하고 있다. 더불어, ‘유전자교정’을 이용하여 이들 품종을 개발하고 있다.
“‘중금속 저항성 및 축적능을 증가시킨 유전자교정 식물’은 환경에 오염된 중금속을 제거하는 ‘식물이용 환경정화 (Phytoremediation)’에 사용할 수 있습니다. Phytoremediation은 미생물 이용 및 환경공학 기술에 비해 ‘환경친화적(2차오염 없음)’이며 ‘경제적(타 기술 비용의 1/10)’인 장점이 있는 환경 신기술입니다.”
‘중금속 저축적 유전자교정 농작물’은 토양이나 관개수에 오염된 중금속이 농작물에 축적되는 것을 감소시킨 것으로서 우리 건강에 유익한 작물이 될 것이라고 황 교수는 내다봤다. 또한 ‘세가지 불포화 지방산을 각각 증가시킨 들깨’는 필요에 따라 맞춤형 오일(올레산 증가 오일은 산패를 줄여 튀김용 및 샐러드용, 리놀레산 증가 오일은 면역력 증가, 리놀렌산 오일은 다양한 건강기능성)을 생산 할 수 있고, 수입대체 효과 또한 높을 것이라는 식량 위기에 대안으로서도 기대가치를 설명했다. 해당 연구 결과는 ‘농식품 R&D 우수성과 54선’에 선정됐다.

 

농생명·환경분야에 R&D 투자 적극 장려해야

유전자교정 품종은 GMO/LMO에서 하루빨리 제외해 종자전쟁에서 살아남길
 

세종대학교 바이오산업자원공학전공 황성빈 교수 / 사진 박성래 기자
세종대학교 바이오산업자원공학전공 황성빈 교수 / 사진 박성래 기자


한편, 황성빈 교수는 농림축산부 농림과학기술위원회 전문위원장 및 환경부 환경신기술 심사위원으로도 꾸준히 활동해왔다. 이러한 활동을 통해서 농업 및 환경 분야의 연구 구조의 현안과 개선점에 대해서도 느낀 점이 많았다고 말했다. 특히 농림축산 분야에서 연구개발 예산이 타 분야에 비해서 적게 배정되고 있는 문제점을 강조했다. 이렇다 보니 연속성이 부족한 연구로 새로운 분야 및 원천기술 개발이 어렵다는 것이다. 또한 실적이 좋지 못함에도 연구개발비가 특정인이나 그룹에 편중되는 현상, 집중과 선택의 부족, 동물 및 상하수 시스템을 통한 질병 확산 등의 문제점도 덧붙였다.
“농업의 반도체라 할 정도로 종자 개발은 매우 중요합니다. 농업과 환경 분야에 있어서 신기술 개발에 좀 더 장기적으로, 과감하게 투자를 해야 하고 이는 국가적인 차원에서 지원을 나서야 합니다. 특히 관련 전문 연구자들이 꾸준히 한 연구에만 매진할 수 있도록 안정적인 연구 환경을 조성해야 할 것입니다.”
황 교수는 연구자들도 국가의 연구비 지원 발표에 따라서 부화뇌동하지 말고 각자의 전문분야를 한우물 파듯이 집중하고, 자신의 연구와 기술에 자부심을 가지길 바란다고 당부했다. 이러한 국가 정책과 기관, 연구자들이 함께 노력할 때 혁신적인 신기술이 개발이 되고 대한민국의 농업기술의 성장이 이뤄질 수 있다고 말하는 그다.
최근 우크라이나 전쟁은 식량위기가 한국에도 닥칠 수 있다는 절박함을 예고했다. 그는 새로운 종자 개발은 이번 사태뿐만 아니라 과거부터 아무리 강조해도 부족함이 없다고 주장해왔다. 특히 ‘유전자교정’으로 개발한 품종을 GMO/LMO에서 하루빨리 제외시켜야 한다고 힘주어 말했다. ‘유전자교정’으로 만든 품종에는 외래 DNA가 없기 때문에 GMO/LMO라 할 수 없으며, 이미 미국이나 일본은 ‘유전자교정 작물’을 일반 작물처럼 판매하고 있다. 그는 세계적 종자 전쟁에서 이기려면 조속히 ‘유전자교정 품종’을 GMO에서 제외시키는 법안을 통과시켜야 한다고 밝혔다.

"저도 GMO 식물 개발에 대한 연구를 26년간 했습니다. 저뿐만 아니라 오랫동안 GMO 식물을 개발해온 연구자들의 마음은 좋은 품종을 연구해서 만들어도 활용할 수 없고, 사장되니 매우 안타까울 뿐입니다. 조속히 ‘유전자교정 품종’을 입법화해 ‘비GMO 품종’으로 판매할 수 있기를 바라며 이를 통해 치열한 종자전쟁에서 살아남기를 바랍니다."
1997년 IMF를 겪을 당시, 우리가 가지고 있던 좋은 종자들을 헐값에 미국이나 유럽, 일본에 넘겼다. 현재 우리나라는 쌀을 제외하고는 다른 종자들 대부분을 해외에 로열티를 내고 사용하고 있는 실정이다. 또한 산지가 많고 농지가 부족하며, 쌀을 제외한 식량 자급률이 10프로 밖에 지나지 않는 점도 문제다. 황 교수는 식물공장, 스마트팜 등을 대안책으로도 꼽았다. 경작지의 부족, 온난화 및 태풍 등의 자연재해, 병충해 등을 극복하여 생산성 향상을 극대화할 수 있기에 궁극적으로 지향해야 할 농업의 미래라고 설명했다. 특히 그린하우스가 아닌 저비용 고효율 빌딩 개념으로 시공이 된다면 더할 나위 없이 좋은 기술이 될 수 있다며 식물공장과 같은 기술은 먼 훗날 우주의 다른 행성에서 농작물을 재배할 수 있는 미래 기술이 될 수 있다고 평가했다.
“네덜란드의 경우 땅이 작지만 단위면적당 생산량을 늘리기 위해서 다양한 혁신과 기술을 개발하고 있어요. 결과적으로 젊은 농업의 실현으로 신품종 개발, 생산성 향상, 수출로 이어지는 좋은 본보기가 되고 있죠. 우리도 이러한 선진사례들을 배우고 도입했으면 좋겠어요. 특히 젊은 농업인들이 많이 참여하여 혁신적인 아이디어를 내고 신품종을 개발하고 생산성을 올려 수출 증대로 이어지질 수 있길 희망합니다.”

 

따뜻한 교육자, 한우물 파는 우직한 연구자로 남을 것
황성빈 교수는 세종대학교 바이오산업자원공학 전공 학생들에게 ‘식물생리학’ 및 ‘식물발달생물학’ 과목을 통해 식물에 대한 필수적인 이해를 분자생물학 수준에서 증진시키고, ‘환경생물학’을 통해 생물과 환경의 상호작용을 이해시키고, ‘식물의 세계’를 통해 동물과 다른 식물의 특성 및 신기한 현상, 비전공자도 이해할 수 있는 식물에 대한 기초적 정보를 전하고 있다. 
“자연생태계의 원리인 ‘경쟁’을 두려워 말고, 경쟁을 통해서 더욱 발전할 수 있다고 학생들에게 말합니다. 그러나 약자를 늘 배려하는 ‘따뜻하고 공정한 경쟁’을 하라고 가르치죠.”
학생들에게는 단순 암기를 피하고, 원리를 이해하고 생각하는 능력을 키우라고 강조하는 황 교수다. 또한, 자기 프레임에 갇혀 있지 말고 깨고 나와 한단계, 한단계 올라가라며 스스로 깨우치는 교육법을 지도하고 있다. 그는 진정한 교육은 단순한 지식전달에서 벗어나 학생들과의 상호작용 속에서 이루어질 수 있다고 말했다. 학생들에게 약이 되는 쓴소리도 해야 하는 것이 교육자의 임무라고 생각한다며, 연구, 지식전달만 잘하면 된다고 생각하는 교수들이 늘어나는 현실이 안타깝다는 이야기를 전하기도 했다. 
“한국의 바이오 기술 수준은 세계적으로 꽤 높은 편입니다. 이러한 역량이 원천기술 개발 및 상품화로 이어지기 위해서는 모두의 관심과 노력이 필요하죠. 대중들도 옛날 구시대적인 농업의 프레임을 깨고 ‘농생명산업’의 개념으로서 가치를 알아볼 수 있는 마인드로 바뀌어야 합니다. 그래야 젊은 세대로 교체가 될 수 있고, 혁신이 만들어질 수 있어요. 또한 이와 발맞춘 대학 교육의 변화도 함께 뒤따라야 할 것이기에 저 또한 사명감을 가지고 임하겠습니다. 제 임기가 4년 정도 남았습니다. 그동안 진행해왔던 연구를 마무리하면서, 지금까지 해온 것처럼 ‘중금속 정화용 식물’, ‘중금속 저축적 농작물’, ‘건강기능성 농작물’ 개발 연구로 한우물만 파는 우직한 연구자가 되겠습니다.”
마지막으로 그는 개인적인 목표나 꿈보다는 앞서 강조했던 과학기술, 농업, 환경 분야에서 연구 방향과 정책 제도 등이 꼭 개선되었으면 좋겠다며 인터뷰를 마무리했다. ‘유전자교정 기술’은 ‘전통육종’ 및 ‘GMO 기술’보다 시간(1/2)과 비용(1/100~1/10)이 적게 들며 무엇보다 ‘비GMO 품종’을 만드는 기술로서 보다 효율적이고 경제적인 품종을 만들어 미래 식량 안보 대안이 될 것으로 보인다. 앞으로도 황성빈 교수의 농생명과 환경의 융합 연구를 통해서 ‘새로운 농생명 시대’를 열어나가기를 기대해본다.

세종대학교 바이오산업자원공학전공 황성빈 교수 / 사진 박성래 기자

 


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