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[해썰이 있는 과학뉴스]토마토가 부릅니다... 태양을 피하는 방법♬ 유전자 편집 토마토

비타민 D는 우리 몸에서 칼슘 흡수를 도와 뼈 건강을 유지하는 데 필수적인 영양소입니다. 하지만 현대인들은 실내 활동이 많아지면서 비타민 D 결핍을 겪는 경우가 흔해졌습니다. 비타민 D는 크게 식물성인 비타민 D2와 동물성인 비타민 D3로 나뉘는데, 우리 몸에서의 효율은 비타민 D3가 훨씬 높다고 알려져 있습니다. 보통은 햇빛을 통해 체내에서 합성되지만, 자외선 차단제 사용이나 미세먼지 같은 환경적 요인으로 인해 충분한 양을 얻기가 쉽지 않은 것이 현실입니다. 현대인의 비타민 D 결핍을 해결하기 위해 과학자들은 유전자 편집 기술에 주목했습니다. 이는 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 고유의 유전자를 정밀하게 교정하여 원하는 영양 성분을 강화하는 방식입니다. 특히 토마토는 비타민 D3 전구체를 이미 가지고 있어 기술 적용에 매우 적합한 작물로 꼽힙니다. 이러한 기술적 진보는 단순히 영양제를 섭취하는 것을 넘어, 일상적인 식사만으로도 필수 영양소를 충분히 보충할 수 있는 미래형 식단 구현을 목표로 하고 있습니다. 이 유전자 편집 토마토의 핵심 원리는 비타민 D3 전구체인 '7-디하이드로콜레스테롤'이 쌓이도록 만드는 것입니다. 원래 토마토는 이 전구체를 다른 물질로 변환시키는 효소를 가지고 있는데, 유전자 가위 기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)를 이용해 이 효소의 기능을 차단했습니다. 그 결과 토마토에 비타민 D3 전구체가 축적되고, 여기에 자외선을 쬐어주면 식물에서도 동물성 비타민과 같은 효능을 가진 비타민 D3가 생성되게 됩니다. 이는 식물 기반의 영양 섭취에 새로운 지평을 열었습니다. 이번 연구가 주목받는 또 다른 이유는 기존에 버려지던 토마토 잎까지 활용할 수 있다는 점입니다. 유전자 편집을 거친 토마토의 잎에는 열매보다 더 많은 양의 비타민 D3 전구체가 포함되어 있어, 이를 추출해 보충제 원료로 재활용할 수 있습니다. 특히 동물성 원료를 기피하는 채식주의자들에게는 식물에서 추출한 고효율의 비타민 D3를 섭취할 수 있는 획기적인 대안이 될 것입니다. 이는 자원 순환과 영양 공급이라는 두 마리 토끼를 잡는 혁신적인 사례로 평가받고 있습니다. 물론 유전자 편집 식품이 시장에 안착하기 위해서는 넘어야 할 산이 많습니다. 미국이나 일본 등 일부 국가에서는 규제를 완화하는 추세지만, 인위적인 유전자 조작에 대한 심리적 거부감과 장기적인 안전성에 대한 논의는 여전히 진행 중입니다. 새로운 기술이 우리 식탁에 오르기까지는 과학적 검증뿐만 아니라 사회적 합의와 신뢰 구축이 필수적입니다. 유전자 편집 토마토가 현대인의 영양 불균형을 해결하는 안전한 먹거리로 자리 잡을 수 있을지 앞으로의 행보가 기대됩니다.

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생명과학
융합

[강연] 식물 유전학과 육종의 역사 _ 최규하 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 9강 | 9강

최근 유전자 가위 기술인 크리스퍼-캐스9 시스템이 노벨 화학상을 받으며 의료와 농업 분야에 혁신을 일으키고 있습니다. 이 기술은 DNA의 특정 부분을 정교하게 절단하고 수정하여 유전 정보를 교체할 수 있게 해줍니다. 농업계에서는 이를 통해 감자의 갈변을 방지하거나 혈압 조절에 도움을 주는 토마토를 개발하는 등 실질적인 성과를 거두고 있습니다. 이러한 생명공학의 발전은 우리가 매일 섭취하는 식재료의 품질을 높이고 버려지는 자원을 절약하는 데 크게 기여하고 있습니다. 인류의 역사는 식물을 재배하기 시작한 농업 혁명과 궤를 같이합니다. 약 만 년 전부터 인류는 야생 식물을 채집하는 단계에서 벗어나 집 근처에서 직접 작물을 키우기 시작했습니다. 이 과정에서 옥수수나 밀과 같은 주요 작물들은 야생 상태의 조상들과 비교할 수 없을 정도로 크기가 커지고 영양분이 풍부해졌습니다. 이는 고대 인류가 더 큰 열매를 맺는 개체를 지속적으로 선택하여 심어온 결과로, 자연적인 진화에 인간의 의지가 개입된 인위적 선택의 산물이라 할 수 있습니다. 식물의 다양성은 인간의 기호와 필요에 따라 더욱 풍성해졌습니다. 우리가 흔히 먹는 주황색 당근 외에도 보라색이나 노란색 당근이 존재하는 이유는 인류가 다양한 색상과 영양 성분을 가진 변이들을 선택해 왔기 때문입니다. 특히 보라색 식물에 함유된 항산화 물질은 질병 예방에 도움을 주어 현대인들에게 건강한 먹거리로서의 가치를 더해줍니다. 이처럼 작물의 형태와 색깔이 변화한 것은 그 이면의 유전 정보가 환경과 인간의 선택에 반응하며 끊임없이 변화해 왔음을 의미합니다. 근대 유전학의 기초를 닦은 멘델과 다윈은 식물의 변이와 유전 법칙을 과학적으로 규명했습니다. 다윈은 자연 선택을 통한 진화의 원리를 제시했고, 멘델은 완두콩 교배 실험을 통해 형질이 자손에게 전달되는 수학적 규칙을 발견했습니다. 멘델의 분리 법칙과 우열의 법칙은 현대 육종학의 핵심 원리가 되었으며, 이를 통해 과학자들은 원하는 형질을 가진 품종을 체계적으로 개량할 수 있게 되었습니다. 이러한 유전학적 이해는 단순한 선택을 넘어 공학적인 육종 시대를 여는 발판이 되었습니다. 20세기 중반에 일어난 녹색 혁명은 인류의 식량 문제를 해결하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 노먼 볼로그와 같은 과학자들은 키가 작아 쓰러지지 않으면서도 수확량이 많은 반왜성 밀 품종을 개발하여 전 세계 곡물 생산량을 획기적으로 늘렸습니다. 특히 한국의 토종 밀인 앉은뱅이 밀의 유전자가 세계적인 밀 개량에 기여했다는 사실은 매우 흥미롭습니다. 잡종 강세 기술을 활용한 품종 개량은 인구 폭발 시대에 굶주림을 해결하고 농업의 생산성을 극대화하는 원동력이 되었습니다. 현대 농업은 DNA 염기 서열 정보를 직접 활용하는 분자 육종의 시대로 진입했습니다. 과거에는 식물의 겉모습만 보고 우수한 개체를 선별했다면, 이제는 유전자 마커를 통해 눈에 보이지 않는 병 저항성이나 환경 적응성을 미리 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 홍수에도 잘 견디는 침수 저항성 벼 품종은 특정 유전자를 정확히 찾아내어 도입함으로써 개발 기간을 단축하고 효율성을 높인 사례입니다. 유전체 정보의 확보는 국가의 식량 안보를 책임지는 중요한 자산이 되고 있습니다. 미래의 육종 기술은 기후 변화와 환경 보호라는 거대한 과제에 직면해 있습니다. 유전자 가위 기술은 가뭄이나 고온에 강한 작물을 개발하는 것뿐만 아니라, 비료 사용량을 줄여 환경 오염을 최소화하는 맞춤형 작물 생산을 가능하게 합니다. 또한 무수정 생식 기술을 통해 우수한 잡종 강세 형질을 그대로 복제하여 종자로 보급하려는 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 기술적 혁신은 지구 환경을 보존하면서도 인류의 먹거리를 안정적으로 확보하는 지속 가능한 농업의 미래를 열어줄 것입니다.