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1. GM작물 연구개발 동향

가. 국내 연구개발 동향

(1) 연구 동향

국내의 경우는 2000년대 초반부터 본격적으로 시작된 농업생명공학연구 활성화로 GM작물 개발 건수가 급속

히 증가하였다. 국내 전체로 약 40여 작물에서 200여 종의 GM작물 개발이 추진 중인 것으로 추정되고 있다. 이

들 중 농약 사용량을 줄이면서 해충 피해를 방지할 수 있는 해충 저항성벼(그림 3-6-01) 등 1세대 GM작물 개발에

성공함으로써 우리 농업의 어려움 해결을 위한 농업생명공학기술의 활용가능성을 확인시켜 주었다. 이와 함께 비

타민A 성분이 보강된 황금쌀과 함께 시력개선 및 노화방지용 컬러쌀(그림 3-6-02), 소비자에게 혜택을 주는 2세

대 GM작물의 개발도 순차적으로 성공을 거두는 등 첨단농업기술에 대한 국가 기술경쟁력 확보가 가능하다는 것

도 증명해 보이고 있다.

피해 포장 전경 형질 전환 벼

그림 3-6-01 국내에서 개발된 해충 저항성벼의 혹명나방 방제 효과

제1절 작물

LMO 연구 및 관련 산업 동향6

비타민 A 시력 강화 노화 방지

그림 3-6-02 영양 성분이 강화된 고부가 GM컬러쌀

미래 기후변화에 대비한 가뭄저항성 작물 개발도 좋은 성과를 거두었다. 그런데 김주곤 교수가 개발한 가뭄저

항성벼의 경우는 그 우수성을 인정받아 외국 종자회사들로부터 기술 이전을 계약하는 성과를 거두는 등 글로벌 종

자시장 진출의 가능성도 확인한 바 있다(그림 3-6-3). 이 밖에도 조혈촉진제 생산작물, 간염바이러스 예방용 백신

작물, 3세대 GM작물도 활발히 연구가 진행되는 등 미래 GM작물 기술 경쟁력 확보를 위한 노력도 꾸준히 진행되

고 있다. 이러한 기술력 확보에는 농업생명공학연구를 통한 우리 농업의 첨단산업화를 지향하는 정부의 정책의지

가 큰 몫을 담당하였다. 특히, 2001년부터 시작된 당시 과학기술부(現 미래창조부)와 농촌진흥청이 공동 지원하는

‘프론티어21사업’의 ‘작물기능유전체사업’과 농촌진흥청의 ‘바이오그린21사업’의 추진이 농업생명공학 기반 구축에

큰 힘이 되었다고 볼 수 있다. 이외에 농업생명공학 연구개발의 필요성에 대한 국회, 언론, 그리고 많은 일반 시민

들의 지원 또한 GM작물 개발에 필요한 국가 기술경쟁력을 확보에 큰 힘이 되었다고 본다.

그림 3-6-03 가뭄저항성 GM벼와 국내외 소개 기사

혹명나방

제1절 작

물

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이러한 연구노력의 결과 2014년 현재 우리나라의 경우 국내 전체로 약 20작물 200여 종의 GM작물이 개발되고

있는 것으로 추정되고 있다. 농촌진흥청의 경우는 현재까지 약 17작물 180종을 개발 중에 있으나 대부분은 상업용

보다는 유전자의 기능 검정 등 연구용 GM작물이 많다.

(2) 상업용 GM작물 개발 추진

위에 소개한 대부분의 GM작물들은 상업용으로 개발된 GM작물은 아니다. 다만, 생명공학기술을 통해 우리나

라의 주요 작물들을 보다 유용하게 개선할 수 있다는 것을 보여준 연구결과일 뿐이다. 사실 일반인뿐만 아니라 많

은 연구자들도 연구용 GM작물과 상업용 GM작물을 혼동함으로써 연구용으로 만들어진 GM작물이 곧 상업화될

것으로 혼동하는 경우가 많다. 하지만 연구용과 상업용은 개발 목적부터 개발과정까지 엄연히 차이가 있으며 상업

용 GM작물의 경우 안전성 평가와 심사에 적합하게 만들기 위한 엄청난 노력과 투자가 요구된다. 즉, 목표로 하는

형질을 개선하는데 필요한 유전자를 선발하기 위하여 유전자 기능검정용 GM작물을 육성하게 된다.

그런데 이렇게 육성된 연구용 GM작물에서 우리가 원하는 형질이 개선되는 것이 확인될 경우 그 유전자를 이용

하여 안전성 심사 통과가 가능한 상업용 GM작물을 새롭게 육성하는 것이다(그림 3-6-04). 이와 같은 이유로 앞

에서 기술한 연구용 GM작물들 중에서 목표형질이 확실히 개선된 일부는 향후 상업화가 가능하도록 안전성 심사

기준에 맞게 새롭게 만들어지고 있다. 일부 작물들은 조만간 안전성 평가를 추진할 계획으로 있다. 이와 같이, 우

리의 경우 아직까지 상업화에 필요한 안전성 심사가 통과된 국내 개발 GM작물은 1건도 없는 실정이다. 즉. 선진

국 대비 상용화 GM작물 기술력 확보가 매우 미흡하며 이에 따라 향후 다가올 GM작물 상용화 시대에 대비한 준

비가 매우 부족한 것이다.

실험용 형질전환작물

(안전성 심사 기준 부적합)

(목표하는 특성 개선이 가능한지를 확인)

유전자 기능분석 연구

후보 유전자 분리

작물에 도입하여

유전자 기능 확인

(안전성 심사기준 충족)

상업용 GM작물 개발

형질전환체(이벤트) 대량육성

유전자 가공

(식물체에 도입할 운반체 제작)

안전성 평가 실시(인체/환경위해성 등 12항목 60여 세항 항복 평가)

안전성 심사

(환경위해성+식품안전성)

안정성 평가에 투입할

최적 1계통 선발(리드 이벤트)

기능 확인된 유전자

상업화

승인

그림 3-6-04 상업용 GM작물 개발 과정

이미 설명한 것처럼 GM작물은 기존 육종기술로 해결이 어려운 농업현장의 문제를 극복해 줄 수 있는 최첨단 농

업기술이다. 국가 경쟁력 차원에서 필히 확보할 국가 핵심기술인 반면, 많은 국민들이 안전성에 대한 우려를 보이

는 것도 사실이다. 또한 막대한 연구비 투자와 고도의 생명공학기술을 적용함과 동시에 일반 육종 품종과는 달리

철저한 안전성 평가와 엄격한 안전성 심사라는 승인절차를 거쳐야 한다. 그러므로 이들의 개발과 실용화를 위한 전

략적 접근과 적정한 방향 정립이 매우 중요하다. 이런 차원에서 GM작물은 소비자나 수요자의 요구도 중요하지만

안전성 기준을 잘 고려하여 개발하는 것이 무엇보다 더 중요할 것이다.

(3) 상업용 GM작물 개발 현황

이에 농촌진흥청에서는 2011년부터 ‘GM작물실용화사업단’(2015년부터 ‘GM작물개발사업단’으로 개칭)을 출범

시켜 안전성 기준에 맞고 소비자와 수요자에게 필요한 GM작물 개발에 본격적인 노력을 기울이고 있다. ‘GM작물

개발사업단’은 농촌진흥청의 농업생명공학 및 작물육종 연구기반을 중심으로 대학, 국공립연구소, 민간기업의 전

문연구팀이 공동으로 국내 농업의 어려움을 해소할 국내용 고부가 GM작물과 함께 글로벌 종자시장에 진출할 글

로벌 GM작물을 산·학·관·연 공동으로 개발하고 있다.

2014년 현재 사업단에서 향후 국내 상용화를 대비하여 개발 중인 GM작물은 총 13작물 58종이다(표 3-6-01).

주요 대상 작물은 벼, 콩, 배추, 고추와 함께 감자, 고구마, 화훼류 등이다. 목표형질은 병·해충 저항성, 불량환경

내성 등 생산성 보존과 농약 및 노동력 절감형과 함께 품질 고급화 및 신기능 부여를 통한 소비자 요구 충족형도 개

발 중이다. 이와 함께 산업소재 생산이 가능한 고부가 GM작물 등 농산물의 가치향상과 소비촉진과 함께 새로운 바

이오산업소재 개발을 위한 노력도 진행 중이다. 이들은 특허권 최소화, 도입 유전자의 독성 및 알레르기 유발 가능

성 사전 검토 등 개발 초기 단계부터 실용화와 안전성 심사 기준에 맞게 새롭게 제작되고 있으며 단계별 철저한 정

밀 검정을 통해 안전성 평가에 투입 가능한 적격 GM작물로 육성 중에 있다.

목표 형질

대상 작물합계

(13작물)벼 콩 배추 고추화훼류*

(5작물)

기타**

(4작물)

불량환경 내성 9 1 2 3 3 18

병·해충 저항성 5 3 2 2 6 1 19

생산성 6 1 1 8

품질 / 기능성 4 1 2 4 2 13

계 24 5 6 2 13 7 58종

* 화훼류: 국화, 장미, 카네이션, 백합, 난

** 기타: 감자, 토마토, 마늘, 사료작물

표 3-6-01 국내용으로 개발 중인 상업용 GM작물

제1절 작

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(4) 안전성 평가 및 심사추진 중인 GM작물

GM작물개발사업단에서는 GM작물 상용화 기술기반 구축 및 성공사례 도출을 위해, 현재까지 개발된 유용 GM

작물 중에서 안전성 심사기준을 충족시키는 최종 후보인 4종을 선발하여 안전성 평가를 실시하고 현재 안전성 심

사서 작성을 준비 중에 있다. 이들 4종에 대한 안전성 심사가 통과되더라도 국민정서상 당장의 상용화는 어려울 것

이다. 하지만 우리가 개발한 GM작물의 안전성이 검증될 것이며 우리나라도 상용화 GM작물 기술력을 확보한 것

으로 인정받을 수 있을 것이다.

안전성 평가가 완료된 4종의 GM작물 중 제주대학교 이효연 박사팀이 개발한 제초제 저항성 GM잔디(그림

3-6-05)의 경우 2014년 1월에 안전성 심사를 신청하여 현재 심사가 진행 중에 있다. 다른 작물과 마찬가지로, 잔

디의 경우도 잡초 발생이 많아 제초작업에 많은 농약 및 노동력이 소요되고 있는 등 잡초관리에 많은 고생을 겪고

있다. 만약, 제초제 내성 GM잔디가 안전성 심사릍 통과하여 상용화가 될 경우, 제초제 사용량과 노동력 절감을 통

해 잡초관리 비용을 1/5로 줄일 것으로 예상되어 국내 잔디관리 애로사항 해결에 크게 기여할 것으로 기대되고 있

다. 현재 심사 중인 이 GM잔디의 경우는 비식용이면서 돌연변이 처리로 인한 웅성불임으로 화분 이동이 방지되는

점 등이 국민들의 거부감 완화에 도움이 될 것으로 평가되고 있다. 이러한 이유로 이 제초제 내성 GM잔디가 우리

기술로 국내에서 개발되어 안전성 심사를 통과한 최초의 상업용 GM작물이 될 것으로 전문가들은 전망하고 있다.

그림 3-6-05 제초제 내성 웅성불임 GM잔디

두 번째 안전성 심사 예정 작물은 ㈜농우바이오의 한지학 박사팀이 개발한 오이 모자이크 바이러스(Cucumber

Mosaic Virus, CMV) 저항성 GM고추다(그림 3-6-06). 고추는 바이러스에 의한 수량 감소 및 품질 저하가 심각한

데, 피해 발생 시 생산량의 20~50%가 감소되는 매우 심각한 병이다. 이 바이러스는 농약으로 방제가 안 되고 매

개충인 진딧물을 방제해야 하는데 잔딧물의 경우는 일반 육종뿐이 아니고 GM작물 기술로도 아직까지는 저항성품

종 육성이 불가능하다. 우리 기술로 개발된 CMV 바이러스 저항성 GM고추는 바이러스 피해의 80% 이상 보호가

가능하므로 상용화될 경우에는 생산량 보존 및 농약사용 절감으로 고추 농가의 수익증대에 크게 기여할 것으로 기

대되고 있다. 현재 이 GM고추도 2014년도에 안전성 평가를 마치고 안전성 심사를 준비 중에 있는데, 심사를 통과

할 경우는 당장의 국내 상용화가 어려운 만큼 인도 등 다른 국가에 적합한 품종 육성을 위한 육종소재로 활용하는

등 세계시장 진출 가능성을 검토할 수 있다.

GM고추 일반 고추

그림 3-6-06 바이러스저항성 GM고추

세 번째는 가뭄저항성 GM벼(그림 3-6-07)로서, 당장의 상용화는 아니지만 향후 기후변화를 대비한 육종소재

로 활용하기 위해 안전성 평가를 수행하고 안전성 심사를 준비 중에 있다. 실지로 기후변화에 따른 전 세계적 가

뭄 발생으로 작물 피해가 급증하고 있는데, 매년 600만 ha가 사막화되면서 2015년에는 약 70% 인구가 물 부족 지

역에 거주할 것으로 예상되고 있다. 국내의 경우도 매년 가뭄 위험성이 증대되고 있으므로 가뭄 피해 확대에 대비

한 가뭄저항성 작물 개발이 매우 필요하나, 가뭄저항성은 일반 육종으로는 해결이 매우 어려운 농업형질로 알려

져 있다. 반면, 국내 개발된 고유 유전자를 이용하여 만든 이 가뭄저항성 GM벼는 가뭄 조건하에서 일반 벼에 비하

여 20% 내외의 생산량 보존 효과가 있는 것으로 보고된 바, 향후 기후변화 대비 작물 육종소재로 크게 기여할 것

으로 기대된다.

그림 3-6-07 기후변화 대응 가뭄저항성 GM벼(척박지 및 직파재배용)

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마지막으로 안전성 평가를 완료하고 안전성 심사를 준비 중인 작물은 대사성 질환 예방에 도움이 되는 레스베

라트롤 생산 고부가 GM쌀(그림 3-6-08)이다. 이 쌀은 동물실험을 통해 당뇨, 고혈압 등 대사성질환 예방 및 비만

억제에 도움이 되며 미백 효과도 탁월한 것으로 확인이 된다. 쌀을 주식으로 먹는 우리 국민들의 건강에 도움이 되

는 동시에 향후 산업소재로 활용가치가 높을 것으로 기대되고 있다. 향후 이 GM쌀이 국민들의 공감대가 조성되어

상용화될 경우는 우리 쌀의 가치 증진과 함께 소비/수요확대를 통한 농가소득 증대와 식량안보의 기본인 주곡의

안정적 생산기반 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다. 사실 쌀 시장이 개방된 현재 우리 쌀의 품질과 가격 경쟁력

확보는 매우 중요한 숙제임이 틀림없다. 하지만 이 GM쌀이 안전성 심사를 통과하더라도 당장의 농가재배 등 상용

화가 어려운 만큼 밀페된 공간에서 캘러스 및 세포배양액을 활용한 고가 화장품이나 기능성물질 등 산업소재 생산

을 우선 추진하는 방안이 바람직하다는 것이 전문가들의 의견이다. 이럴 경우 우리 쌀 가공물의 수출 등으로 수요

확대가 가능한 만큼 우리 주곡의 안정적 생산기반 확보와 함께 우리 농업이 국가경제를 견인할 수 있는 첨단농업

의 전기를 마련할 수 있는 좋은 성공사례가 될 것이다.

나쁜 콜레스테롤(LDL) 감소: 일반 쌀 대비 47% 감소

좋은 콜레스테롤(HDL) 감소: 일반 쌀 대비 20% 감소

30.0

28.0

26.0

24.0

22.0

20.00 2wk 4wk 6wk 8wk 10wk

GM쌀

일반 쌀

일반 쌀 대비 체증 18% 감소(동물실험 결과)

일반 쌀

GM벼

060.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

2wk 4wk 6wk 8wk 12wk

020.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

2wk 4wk 6wk 8wk 12wk

땅콩21.13

땅콩10.35

포도주0.25

고급포도주3.18

일반벼0

GM벼12.85

GM벼24.73ug/g

285ug/100g 172ug/100ml

그림 3-6-08 레스베라트롤 생합성 고부가가치 GM벼의 동물실험 결과

(5) 기타

이 밖에, 글로벌 시장 진출용 GM작물도 병행 개발 중에 있으나, 아직까지는 유전자 기능 검정용이 대부분이다.

이들 글로벌 시장진출용 GM작물의 주요 목표형질은 가뭄저항성이며, 다수확, 비료효율 증대, 병해충 저항성 등도

주요 연구대상이다. 향후 종자시장은 GM종자가 주를 이룰 것으로 예측되고 있다. 즉, 고유 유전자 발굴 후 국내외

종자기업과 공동연구로 GM종자를 개발하여 글로벌 시장에 진출하는 것이 바람직하다고 생각한다. 주요 연구대상

은 가뭄저항성, 다수확, 질소비료 저감 등이며 글로벌 곡물시장의 주요 품목인 옥수수와 콩 등이 대상작목이 될 것

이다. 현재 국내 GM곡물 수입은 매년 3조 원에 이르는 막대한 양이다. 이를 대체하기 위한 방안은 결국 자체 GM종

자 개발을 통한 해외재배 후 도입 등의 노력과 필요하며, 더 나아가서 우수한 글로벌 GM종자 자체 개발을 통해 세

계 종자시장에 진출하는 능동적이고 적극적인 노력이 필요하다고 본다. 2014년 현재 글로벌 종자시장 가치의 35%

이상인 156억 달러를 차지하고 있는 GM종자 시장은 향후 증가할 것으로 전문가들은 예측하고 있다. 2014년 기준

으로만 보더라도 156억 달러를 GM종자 가치를 생산액 기준으로 환산하면 약 190조 원 이상의 엄청난 산업시장인

것이다(그림 3-6-09). 우리 농업이 국가 식량안보 및 국민의 안전한 먹거리와 건강 유지를 책임지고 있는 중요한

기반 산업임은 우리가 모두 잘 알고 있다. 하지만 창조경제 시대에 우리 농업이 국내 경제를 리드할 창조농업으로

탈바꿈하기 위해서는 이러한 막대한 글로벌 시장에 진출하기 위한 창조적이고 진취적인 노력이 필요하다고 본다.

(단위: 억 달러)

글로벌 종사시장의 35%

생산액 기준 약 170조 원

180

160

140

120

100

80

60

40

20

01996 2000 2005 2010 2014

0.93

24.29

57.14

117.8

156.1

그림 3-6-09 글로벌 종자시장에서의 GM종자 가치

이 밖에, 대학과 국공립 및 민간연구소의 GM작물 개발 연구도 활성화되고 있다. 대학의 경우 새로운 유전자 개

발을 위한 기능검정용 GM작물 연구에 많이 치중하고 있다. 한국생명공학연구원 곽상수 박사팀의 경우 중국 및 몽

고지역 등 해외 척박지에서 재배 가능한 불량환경저항성 GM고구마 개발에 노력하고 있으며, 그 외 다른 연구소들

도 다수확 콩 등 해외 종자시장 진출을 위한 글로벌 GM작물 개발에 노력하고 있다. 특이사항으로는 최근 국내 기

업들의 GM작물 개발에 대한 관심과 참여가 점차 활발해지고 있다는 점이다. ㈜농우바이오의 경우는 고추형질전

환기술을 기반으로 바이러스저항성고추, 해충 저항성고추 및 양배추 등을 개발 중에 있다. 이 중 바이러스저항성

GM고추의 경우는 안전성 평가를 완료하고 심사서 신청을 준비 중에 있다.

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또 다른 국내기업의 경우 자체 개발된 고효율 제초제에 저항성을 가지는 작물 개발을 시도하고 있으며, 이 개발

이 성공될 경우는 글로벌 종자시장 진출 가능성이 매우 높을 것으로 기대가 되고 있다. 이와 더불어 산업소재 생산

용 고부가 GM작물 개발도 추진되고 있다. 대표적인 사례로는 화장품소재 생산 GM콩과 돼지열병 백신용 GM담배

개발 등이다. 이외에 GM식물의 세포배양을 통한 고가 의약소재 생산기술도 개발되는 등 GM작물 개발 기술을 통

한 농업의 첨단산업화의 성공 가능성을 높이고 있다. 현재 이러한 국내 기업들이 GM작물개발사업단의 산학관연

공동연구시스템에 합류함으로써 향후 연구성과의 사업화 전망도 매우 밝을 것으로 전망된다.

나. 국외 연구개발 동향

최근 해외 연구개발의 특징은 생산자에게 많은 혜택을 부여하는 1세대 GM작물의 경우, 현재 가장 많이 재배되

고 있는 해충 저항성 및 제초제 저항성 작물의 지속적인 효율성 강화와 함께 지구온난화 등 기후변화에 대응하기

위한 건조저항성 GM작물과 질소비료 저감이 가능한 GM작물 개발이 적극 추진되고 있다. 이와 함께 생산자와 함

께 유통 가공업자 및 소비자에게 혜택을 주는 품질 및 기능강화 등 2세대 GM작물 개발이 활발히 이루어지고 있

다. 또한, 먹는 백신 등 첨단 바이오산업을 주도할 산업소재 생산을 목표로 하는 3, 4세대 GM작물의 개발과 상업

화가 실현되고 있다.

(1) 가뭄저항성 옥수수

가뭄저항성 GM작물 개발은 인구 증가 및 기후변화로 인한 지구촌 식량문제 해결을 위한 가장 희망적인 해결책

으로 부상하고 있다. 가뭄저항성은 하나의 유전자로 조절되는 질적 형질(qualitative trait)이 아닌 다양한 유전자군

에 의해 조절되는 양적 형질(quantitative trait)이므로 기존의 육종 프로그램뿐만 아니라 생명공학기술로도 저항

성품종 개발이 몹시 어려운 형질이었다. 2012년 미국의 몬산토社는 독일의 바스프(BASF)社와 공동으로 건조저항

성 GM옥수수를 개발하여 처음으로 상품화하였다. 몬산토가 개발한 가뭄저항성 GM옥수수는 토양미생물(Bacillis

subtilis)에서 유래한 ‘cold shock protein B’(이하 ‘csp B’) 유전자를 도입해서 만들어졌다. 이 유전자는 RNA를 보

호하는 RNA chaperone 단백질을 만들어내는 유전자다. 보통은 가뭄 스트레스를 받으면 RNA가 파괴되어 작물

의 정상적인 생리대사와 생육발달이 저하되는데 이 단백질이 건조 스트레스하에서 RNA를 감싸 파괴되지 않고 수

명을 연장시킴으로써 작물에 가뭄저항성을 부여하는 것으로 추정되고 있다. 몬산토에서는 이 cspB 유전자가 도

입된 GM옥수수 여러 계통을 미국에 있는 200곳 이상의 지역 시험포장에서 가뭄저항성 재배시험을 실시하였다.

그 결과 이 GM옥수수가 평상시에는 일반 옥수수와 유사한 생육상태를 보이지만 가뭄 조건하에서 일반 옥수수

가 50%가량의 생육저하 피해를 입는데 반해, GM옥수수는 엽록소 및 광합성 효율 증대 등의 효과로 약 24% 정도

의 생육저하만을 나타냄으로써 건조저항성을 보여주었다고 밝혔다(그림 3-6-10). 가뭄저항성 GM옥수수는 2011

년에 미국 농무부(USDA)의 안전성 심사를 통과하여 2012년에 ‘DroughtGard’라는 품종명으로 출시되어 2013년부

터 미국의 가뭄지역에서 재배되고 있다. 몬산토社에서는 옥수수 이외에도 가뭄저항성 GM면화와 GM콩에 대한 연

구개발을 추진하고 있으며, 다른 다국적 종자회사들도 건조저항성 GM옥수수 개발을 이미 시작하여 좋은 결과를

도출한 것으로 알려져 있다. 한편 가뭄으로 고통을 받고 있는 각 나라에서도 가뭄저항성 GM작물 개발 연구가 적

극 추진되고 있다. 호주 정부는 가뭄저항성 GM밀을 개발 중에 있으며 이러한 가뭄저항성 작물의 개발은 향후 호

주의 기후변화 대응에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

그림 3-6-10 GM옥수수(상)과 일반 옥수수(하)의 가뭄저항성 비교

(2) 항산화 기능이 뛰어난 안토시아닌 함유 보라색 GM토마토

영국의 John Innes 센터의 과학자들은 금어초에서 찾은 두 가지 유전자를 붉은 토마토에 도입하여 블루베리와

같은 보라색 토마토를 개발하였다(그림 3-6-11). 그 이유는 도입된 유전자로 인해 안토시아닌(anthocyanin)이 풍

부하게 생산되기 때문이다. 안토시아닌은 항산화물질로 잘 알려져 있으며 관상동맥 심장질환이나 항암효과가 있

는 것으로 보고되고 있다. 현재 이 GM토마토는 캐나다 기업을 통해 온실에서 재배되어 주스로 가공된 뒤 사람의

건강에 어떤 이로움이 있는지에 대한 임상실험을 진행 중에 있다. 토마토는 블루베리에 비하여 재배가 쉽고 가격도

저렴하기 때문에, 상업화가 성공될 경우는 경제적 형편이 어려운 사람들은 천연색소인 보라색 토마토주스를 통해

좀 더 쉽고 싼 가격으로 유익한 영양소를 공급받을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 한편, 보라색 GM토마토는 일반

토마토에 비해 저장성이 2배 이상 증가되었고, 수확 이후 곰팡이에 대한 저항성도 증가하여 늦게까지 수확하고 먼

거리 운송도 가능하여 생산자나 유통가공업자들에게도 혜택을 줄 수 있다고 알려졌다.

그림 3-6-11 안토시아닌 함유 보라색 GM토마토(Biosafety, KBCH)

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물

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3부

(2) 빛을 내는 램프 대용 GM식물

자연에는 반딧불, 짧은꼬리오징어, 낚시꾼물고기, 세균 등 20개 이상의 빛을 발하는 생물체가 존재한다. 과학

자들은 오래전부터 이러한 발광생물체의 유전자를 식물이나 동물에 도입하여 형광물질을 생성케 함으로써 자외선

을 쪼일 때 녹색 형광 빛을 발하게 하는 데 성공한 바 있다. 그러나 이들은 동식물 개량에 필요한 유전자와 함께 삽

입하여 목표 유전자가 체내에 제대로 도입되었는지를 확인하기 위한 것이었으며, 이때 방출되는 녹색 빛도 특정한

물질이나 자외선 등을 처리할 경우에만 일시적으로 보이는 수준이었다. 반면 화학작용이나 자외선 등 어떠한 처리

없이도 자체적으로 빛을 발산할 수 있는 발광 식물체가 오랜 시도 끝에 개발되었다. 2013년 12월에 미국 미주리주

소재 생명공학 벤처회사 바이오글로(Bioglow)는 유전자변형기술을 이용해서 세계 최초로 자체적으로 빛을 발하는

자동발광식물을 개발하는 데 성공했다. 이들은 아메리카 대륙이 원산지인 알라타 꽃담배(Nicotiana alata)라는 관

상용 화초의 엽록체에 해양세균의 발광 유전자를 삽입해 식물체가 살아 있는 2~3개월간의 생명주기 동안 지속적

으로 육안으로 볼 수 있는 빛을 발산하도록 만들었다. Bioglow 회사에서는 이 발광식물체에 ‘별빛 아바타(Starlight

Avatar)’라는 상품명을 부여하고 회사 웹사이트에 판매용 육성상자에 들어 있는 ‘Starlight Avatar’ 사진을 게재하

는 등 적극적인 상업화 의지를 보이고 있다. 현재 이 식물의 밝기는 별빛의 강도와 유사하여 관상용으로 사용되지

만, 향후 빛의 밝기가 개선되면 실내 조명기구나 야간 램프를 대체하는 등 다양한 용도로 사용될 수 있을 것으로

기대되고 있다(그림 3-6-12).

Starlight Avatar™

in light

Starlight Avatar™

in dark

판매 예정인 Starlight

Avatar™ 육성박스

그림 3-6-12 램프 대용 빛을 내는 GM식물

(3) 질병예방을 위한 백신용 GM작물

고부가가치의 유용물질의 대량 생산을 위하여 유전자변형식물체를 생산 공장으로 활용하고자 하는 방식을 분

자농업(Molecular Farming)이라 말한다. 식물체에서 의료용 단백질을 생산하면 미생물에서는 합성이 불가능한

복잡한 구조의 단백질 생산이 가능하며 동물세포를 통해 생산하는 방식에 비해 인체에 유해한 바이러스 등이 적

어서 안전성에 대한 우려가 없는 장점이 있다. 이러한 분자농업에서 가장 주목받는 연구 분야 중 하나가 섭취를 통

해 질병을 사전 예방할 수 있는 식물 경구백신의 개발이다. 실지로, 콜레라 등 질병예방을 위해 주사로 맞던 병원

균백신을 형질전환 식물체를 이용해 만들고자 하는 노력이 오래전부터 시작되었으며 그 성공가능성이 계속 보고

되고 있다. 식물백신에 대한 기대가 큰 것은 병원균백신의 부작용이 없고 대량 생산으로 값도 저렴할 뿐 아니라 실

내 보관이 가능하므로 아프리카 등 전기시설이 부족한 낙후된 지역에도 쉽게 보급이 가능하다는 것이다. 식물체

를 이용한 경구백신(먹는 백신)의 기본원리는 항원유전자를 식물에 형질전환시켜 식물체에서 항원단백질을 생성

하게 하는 것으로서, 이렇게 항원단백질을 생산하는 과일 등 농산물을 섭취함으로써 면역반응을 유도하는 것이다.

형질전환 식물을 이용한 경구백신은 1995년 Science 잡지에 병원성대장균(enterotoxigenic E. coli)의 항체를 생

산하는 형질전환 감자를 쥐에 사료로 먹인 결과 효율적인 면역반응을 유도한 결과가 발표되면서 성공 가능성이 주

목받기 시작되었다. 이후 2002년에는 설사면역제를 생산하는 GM토마토가 개발되어 타임지가 선정한 2002년 세

계 20대 발표의 하나로 선정되기도 하였다. 문제는 식물세포에서 단백질을 생산할 경우 인체에서 활성이 가능한

복잡한 구조의 단백질 합성에 어려움이 있을 수 있으며, 식물체 내에서 단백질 발현율이 낮아 경제성이 문제가 되

는 등 해결해야 할 여러 문제가 있다는 점이다. 현재는 형질전환식물보다는 유전자가 형질전환된 식물세포를 인

공 배양기에서 대량 배양한 후 목적하는 단백질이나 유용 물질을 생산하는 방식으로 실용화가 진행되고 있다. 이

와 같이 경구백신들은 아직 상업화에 이르지는 못하고 있지만 현재도 광견병, 콜레라, 구제역, 에이즈 등을 예방

하기 위한 식물 경구백신을 지속적으로 개발 중이며 앞으로 수년 내에 상업화가 이루어질 것으로 예상되고 있다.

반면 동물용 의약품 생산 GM작물의 상업화는 2013년 최초로 이루어졌다. 일본 경제산업성 산하 산업기술종

합연구소(AIST)는 개(dog)의 치주염을 치료하는 항바이러스 인터페론을 생성하는 GM딸기를 개발하여, 2013년에

상품 등록을 마치고 2014년 3월에 마침내 상업용 판매를 시작하였다. 이들은 이 GM딸기를 밀폐형 온실에서 격

리재배하고 수확한 딸기를 재료로 의약품을 제조하게 된 것이다. 이와 같이 비록 동물용이지만 질병 치료용 유전

자변형작물의 재배가 상용화된 것은 매우 고무적인 일이다. 향후 다양한 질병에 고통받고 있는 인류의 문제를 해

결하기 위한 보다 값싸고 안전한 인간 질병 예방 및 치료용 GM작물의 상용화 시대도 곧 열릴 것으로 전망된다(그

림 3-6-13).

GM딸기 생산용 밀폐형 실내온실 GM딸기로 만든 동물용 인터페론

그림 3-6-13 동물용 항바이러스 인터페론 생산 상업용 GM딸기

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다. 향후전망

아직 상업화 단계에 이르지 못했지만 새로운 기능이 보강된 다양한 GM작물이 개발되고 있으며, 일부는 상업화

를 위한 준비가 진행 중에 있다. 즉, 소비자들의 다양한 요구를 충족시키기 위해 특별한 영양성분을 보강 또는 강

화시킨 2세대 GM작물들과, 농산물의 부가가치 확대를 위해 식품이나 사료용이 아닌 산업용으로 이용할 수 있도

록 특별한 기능을 부여한 3, 4세대 GM작물들이 속속 개발되고 있다. 2010년 사이언스(C.J. Godfray, Science vol.

327)지에 실린 식량안보 특집에 보면 앞으로 5~10년 이내에 영양강화된 GM작물, 곰팡이 및 바이러스 저항성 작

물, 해충(sucking insect) 저항성 작물, 가공 및 저장성 향상 작물, 가뭄 저항성 작물들이 개발될 것으로 전망하고

있다. 앞으로 10~20년 사이에는 염분 저항성 작물, 고효율 질소 이용 작물, 고온에서 견디는 작물 등이 개발되고,

그 이후에는 무배생식(apomixis) 작물, 질소고정 작물, 탈질소저항 작물, 다년생전환 작물, 고효율 광합성 작물 등

이 만들어질 것으로 예측하고 있다(표 3-6-02). 이 밖에도 이미 실험실 수준에서 효과가 확인된 인체 질병 예방용

식물백신이나 바이오에너지 생산용 고효율 바이오메스 GM작물 등 산업소재 생산용 고부가 3, 4세대 GM작물의

실용화도 이른 시일 내에 이루어질 것으로 전망된다.

기 간 목표 형질 목표 작물

현재광범위한 제초제 저항성

해충 저항성(chewing insect)

옥수수, 콩, 유채

옥수수, 면화, 유채

단기(5~10년)

영양강화

미생물 및 바이러스 저항성

해충 저항성(sucking insect)

가공 및 저장성 향상

가뭄 저항성

주곡작물, 감자

감자, 밀, 쌀, 바나나, 과채류

쌀, 과일, 채소

밀, 감자, 과일, 채소

주곡작물, 근채류

중기(10~20년)

염분 저항성

고효율 질소 이용

고온에서 견디는 작물

주곡작물, 근채류

장기(20년 이상)

무배생식(apomixis)

질소고정

탈질소저항

다년생전환

광합성 효율 증대

주곡작물, 근채류

(출처: Godfray C.J. et. al., 2010, Food security: The challenge of fooding 9billion people, Science 327, 812-818(2010))

표 3-6-02 유전자변형기술을 이용한 새로운 작물 개발 가능성 예측

2. GM작물 재배동향

가. 2013~2014년 GM작물 재배현황

GM작물 재배면적은 최초의 상업화 재배가 이루어진 1996년 이후 19년째 연속으로 지속적으로 증가했다. 이는

기술 수요자인 농민들이 새로운 기술의 혜택을 확인하고 그 경험이 확산되고 있다는 좋은 증거다. 2014년에는 28개

국의 1,800만 명의 농민이 1억 8,100만 ha 이상을 재배했는데, 2013년의 27개국 1억 7,500만 ha에 비해 3.5%(620

만 ha) 증가된 수치다. 1996년부터 2010년까지는 평균 두 자리 수의 증가율을 보이던 재배면적은 2010년 이후부터

평균 5% 정도의 완만한 증가율을 보이고 있다. 이는 GM작물 재배를 선도하고 있는 국가들의 GM작물 채택률이

90%를 웃돌고 있어 더 이상의 급속한 재배 확대가 진행되고 있지 않기 때문으로 분석된다.

특히 2012년부터 개발도상국의 GM작물 재배면적이 선진국을 능가하여 2013년에는 전 세계 GM작물의 재배면

적이 개발도상국에서 54%(9,400만 ha), 산업선진국에서 46%(8,100만 ha)를 차지하였다. 또한 EU 국가 중에서 스

페인과 포르투갈, 그리고 동구권의 체코, 슬로베니아, 루마니아에서 GM작물을 재배하기 시작하였다. 2014년 유

럽연합 5개국은 2013년보다 3% 하락한 14만 3,000ha에서 GM작물을 재배하였으며, 스페인이 Bt옥수수를 13만

1,538ha를 재배하여 31.6%의 채택률을 보이면서 유럽연합의 GM작물 재배를 선도하고 있다.

주목할 사실은 아시아에서는 중국, 인도, 파키스탄, 필리핀에 이어 2014년에는 방글라데시가 처음으로 식용작

물인 해충 저항성 Bt가지를 재배하기 시작했다는 점이다. 이는 향후 각 국가가 처해 있는 농업의 문제점을 극복하

기 위한 국가정책에 따라 식용작물의 재배가 점진적으로 확대될 수 있다는 것을 시사하고 있다.

100만

ha

총 재배면적GM작물 재배국가

선진국

개발도상국

그림 3-6-14 전 세계 GM작물 재배면적(1996~2014년)

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순위 국가명면적

(100만 ha)유전자변형작물

1 미국 * 73.1 옥수수, 콩, 면화, 캐놀라, 사탕무, 알팔파, 파파야, 호박(squash)

2 브라질 * 42.2 콩, 옥수수, 면화

3 아르헨티나 * 24.3 콩, 옥수수, 면화

4 인도 * 11.6 면화

5 캐나다 * 11.6 캐놀라, 옥수수, 콩, 사탕무

6 중국 * 3.9 면화, 파파야, 포플러, 토마토, 스위트페퍼

7 파라과이 * 3.9 콩, 옥수수, 면화

8 파키스탄 * 2.9 면화

9 남아프리카 * 2.7 콩, 옥수수, 면화

10 우루과이 * 1.6 콩, 옥수수

11 볼리비아 * 1.0 콩

12 필리핀 * 0.8 옥수수

13 호주 * 0.5 면화, 캐놀라

14 부르키나파소 * 0.5 면화

15 미얀마 * 0.3 면화

16 멕시코 * 0.2 면화, 콩

17 스페인 * 0.1 옥수수

18 콜롬비아 * 0.1 면화, 옥수수

19 수단 * 0.1 면화

20 온두라스 ＜ 0.1 옥수수

21 칠레 ＜ 0.1 옥수수, 콩, 캐놀라, 옥수수

22 포르투갈 ＜ 0.1 옥수수

23 쿠바 ＜ 0.1 옥수수

24 체코 ＜ 0.1 옥수수

25 루마니아 ＜ 0.1 옥수수

26 슬로바키아 ＜ 0.1 면화

27 코스타리카 ＜ 0.1 콩

28 방글라데시 ＜ 0.1 가지

합계 181.5

* 19개의 주요 재배국들은 5만 ha 이상의 GM작물을 재배함

** 10만 단위에서 반올림

표 3-6-03 국가별 GM작물 재배현황(2014년 말 기준)

미국은 GM작물 재배 선도국가로서 2014년에 300만 ha의 재배면적 증가를 기록하여 GM작물 재배면적 7,310

만 ha를 기록하고 있다. 미국의 GM작물 채택률은 2014년도에 전반적으로 크게 증가했다. GM콩의 채택률이 2013

년의 93%에서 94%로 증가했으며, 같은 기간 GM옥수수의 채택률은 90%에서 93%로, 면화의 채택률은 90%에서

96%로 증가했다. 특히 2013년 미국은 가뭄저항성(DT) 옥수수 DroughtQardTM 5만 ha를 처음 재배하였는데 2014

년에는 5.5배 증가한 27만 5,000ha에서 재배되었다.

브라질은 미국의 뒤를 이어 6년간 2위 자리를 굳히고 있으며 다른 국가보다 높은 GM작물 재배면적 증가세를

보이고 있다. 2014년에는 전년도보다 5% 증가한 총 4,220만 ha에서 GM작물이 재배되었다. 브라질에서는 2013년

첫 후대교배종 제초제 저항성/해충 저항성 콩 220만 ha를 재배하였는데 2014년에는 520만 ha로 늘었을 뿐만 아니

라, 자국에서 개발한 바이러스 저항성 콩의 상업화를 앞두고 있다.

아르헨티나는 주로 GM콩을 생산하는 나라로 2014년도 GM 재배면적 세계 3위로 2,430만 ha를 재배하였으며,

4위 인도는 Bt면화 채택률이 95%로 높아 1,160만 ha에서 재배되었다. 5위 캐나다는 GM캐놀라의 채택률이 96%

로 1,160만 ha에서 재배되었다. 이들 5개국이 연간 천만 ha 이상의 GM작물을 재배하는 나라들로 GM농산물의 생

산을 주도하고 있다.

그 외에 중국(3.9Mha), 파라과이(3.9Mha) 파키스탄(2.9Mha), 남아프리카공화국(2.7Mha), 우루과이(1.6Mha)

등이 백만 ha(Mha) 이상의 GM작물을 재배하고 있다(그림 3-6-15).

그림 3-6-15 2014년도 GM작물 재배 국가

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GM작물의 채택률도 GM작물의 재배를 수용한 나라에서 빠르게 증가하는 것을 알 수 있다. 2014년도 자료에

의하면 미국, 브라질, 아르헨티나, 캐나다 등 주요 GM작물 생산국들의 GM작물 채택률은 90% 이상의 수준에 도

달하고 있다. GM콩의 채택률은 미국 94%, 브라질 93.2%, 아르헨티나 100%, 파라과이 97%, 캐나다 95.6%, 우루

과이 100%다. GM옥수수의 채택률은 미국 93%, 브라질 82.4%, 아르헨티나 80%, 캐나다 93%, 남아공 86%에 달

한다(표 3-6-04).

(단위: 100만 ha)

국가 작물 전체 재배면적 GM작물재배면적 채택비율(%)

미국

옥수수 37.1 34.5 93

콩 34.3 32.3 94

면화 4.5 4.3 96

사탕무 0.486 0.479 98.5

캐놀라 0.729 0.685 94

브라질

콩 31.19 29.07 93.2

옥수수 15.18 12.5 82.4

면화 0.9 0.6 65.1

아르헨티나

콩 20.8 20.8 100

옥수수 3.75 3 80

면화 0.53 0.53 100

인도 면화 12.25 11.6 95

캐나다

캐놀라 8.4 8 95

옥수수 1.5 1.4 93

콩 2.3 2.2 95.6

중국 면화 4.2 3.9 93

파라과이

콩 3.4 3.3 97

옥수수 1.0 0.5 50

면화 0.045 0.036 80

파키스탄 면화 3.2 2.85 88

남아공

옥수수 2.5 2.15 86

콩 0.6 0.52 92

면화 0.009 0.009 100

우루과이콩 1.55 1.55 100

옥수수 0.112 0.09 80

표 3-6-04 주요 국가의 주요 GM작물 재배면적 비중(2014년 말 기준)

나. GM작물 재배추이

현재 전 세계에서 재배되는 GM작물은 콩, 옥수수, 면화, 캐놀라가 주류를 이루고 있다. 이 중 GM콩의 재배면

적이 가장 가파르게 증가하고 있어 2014년도 기준으로 전체의 50%를 차지하며, 그 다음이 옥수수로 30%, 면화가

14%, 캐놀라가 5%를 차지하고 있다(그림 3-6-16, 표 3-6-05).

0

1996 2002 20081998 2004 20102000 2006 2012 2014

50

100

150

200

250300

100만ha

캐놀라

면화

옥수수

콩

그림 3-6-16 주요 GM작물의 재배면적 변화 추이

구분 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

콩 0.5 14.8 25.8 36.5 48.4 58.6 65.8 73.3 80.7 90.7

옥수수 0.3 8.3 10.3 12.4 19.3 25.2 37.3 46.8 55.1 55.2

면화 0.8 2.5 5.3 6.8 9.0 13.4 15.5 21.0 24.3 25.1

캐놀라 0 2.4 2.8 3.0 4.3 4.8 5.9 7.0 9.2 9

(출처: ISAAA)

표 3-6-05 주요 GM작물의 재배면적 변화 추이

콩의 경우 세계 전체 콩 재배면적의 82%인 9천 70만 ha에서 GM콩이 재배되고 있으며, GM옥수수는 세계 옥수

수 재배면적의 30%에 달하는 5천 520만 ha에서 재배되고 있다. GM면화는 세계 전체 면화 재배면적의 68%에서,

GM캐놀라는 세계 전체 캐놀라 재배면적의 25%에서 재배되고 있다(그림 3-6-17. 표 3-6-06).

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0

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100

150

200

250

300

콩 (35%) 면화 (68%) 옥수수 (30%) 캐놀라 (25%)

100만ha

GM작물 재배면적

전체 재배면적

(출처: ISAAA)

그림 3-6-17 2014년 주요 GM작물 재배면적 비중

(단위: 100만 ha)

작물 전체 재배면적 GM작물 재배면적 비중(%)

콩 111 90.7 82

면화 37 25.1 68

옥수수 184 55.2 30

캐놀라(개량 유채) 36 9 25

(출처: ISAAA)

표 3-6-06 2014년 주요 GM작물 재배면적 비중

용도별로는 제초제 내성(HT, herbicide tolerant)이 전체 GM작물 재배면적의 57%를 점하여 가장 널리 사용되

고 있으며, 해충 저항성(IR 또는 Bt, insect resistant)이 15%를 차지하고 있다. 이것은 GM작물 중 콩이 가장 많은

재배 면적을 차지하고 있으며, 콩을 주로 수출용으로 재배하는 미국, 브라질, 아르헨티나 등 대규모 영농에서 제초

제 사용이 불가피하기 때문이다. 옥수수와 면화의 경우에는 해충 저항성 Bt작물들이 주류를 이루고 있다. 최근 들

어 제초제 내성과 해충 저항성을 동시에 집적시킨 GM작물(Stacked Traits)의 재배면적이 증가하면서 2014년도의

경우는 전체 재배면적의 28%를 점하고 있다(그림 3-6-18, 표 3-6-07).

(출처: ISAAA)

그림 3-6-18 2014년도 GM작물 형질별 재배현황

(단위: 100만 ha)

형질 2013 % 2014 % 증감(%)

제초제 내성 99.4 57 102.6 57 +3

제초제 내성/해충 저항성 47.1 27 51.4 28 +9

해충 저항성(Bt) 28.8 16 27.4 15 -5

바이러스저항성 및 기타 ‹ 1 - ‹ 1 - -

합계 175.2 100 181.5 100 +3.6

(출처: ISAAA)

표 3-6-07 2014년 GM작물 형질별 재배현황

다. 향후전망

개발도상국과 산업 선진국 시장 모두에서 주요 GM작물의 채택률(90~100%)이 이미 높기 때문에, 향후 GM작

물의 재배면적은 지난날과 같은 급격한 증가보다는 소폭으로 꾸준한 증가가 예상된다. 반면 아시아와 아프리카 지

역의 재배확대가 예상되고 있다. 2014년 1,800만 명의 농민들이 GM작물 재배로 이익을 얻었다. 이들의 90%가 소

규모 농민들이란 점은 매우 주목할 만한 점이다.

인도의 경우 총 1,500만 이상의 ha에서 Bt(해충 저항성)면화를 재배하여 770만 명의 농민들이 혜택을 얻었다.

1996년부터 2013년 동안의 최신 경제 자료에 따르면 GM면화 재배를 통해 인도 농민들은 167억 달러(US)의 수익

을 얻었다. 경제적인 이득뿐만 아니라 농민들은 최소 50%의 살충제 사용 감소라는 막대한 이익을 얻었는데, 이러

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한 농가 혜택의 경험이 이웃으로 전파되면서 재배 면적도 꾸준히 증가될 것이다.

2014년 중국의 GM면화 재배는 전체 면화 재배면적인 420만 ha 중 390만 ha를 차지하여 93%의 채택률을 나

타냈으며, 0.5~0.6ha의 포장을 소유한 710만 명의 소규모 농민들에 의해 재배되었다. 바이러스 저항성 파파야는

8,500ha에 걸쳐 기존의 광둥, 하이난 섬과 2014년에는 새롭게 포함된 광시 지역에서 재배되었다. 또한 전년도와

마찬가지로 Bt포플러가 543ha에서 재배되었다. 중국의 총 면화 재배면적이 면화 가격 하락과 높은 비축량으로 인

해 2013년 460만에서 2014년 420만 ha로 감소했음에도 불구하고 GM면화의 채택률은 2013년 90%에서 2014년에

는 93%로 증가했다. 주목할 점은 바이러스 저항성 파파야 재배가 2013년 5,800ha에서 2014년 8,475ha로 50% 이

상 증가했다는 것이다. GM면화 재배를 통해 710만 명의 농부들이 직접적인 이익을 얻었을 뿐만 아니라, 대규모 Bt

면화 재배에 따라 해충인 면화다래벌레(cotton bollworm)가 감소하여 2,200만 ha에 이르는 면화다래벌레 피해 작

물을 경작하는 1,000만 명의 농민들이 추가적인 2차 혜택을 얻은 것으로 예상된다. 즉 중국에서만 생명공학 Bt면

화로 이익을 얻는 실제 농민 수는 710만 명을 훨씬 웃돌 것이다. 최근 보고된 데이터에 따르면 중국에서 1997년부

터 2013년까지 Bt면화로 인해 농민들이 얻은 경제적 이익은 162억 달러였으며 2013년 한 해에만 16억 달러에 달했

다. 이러한 농민들의 이익은 지속적인 GM작물의 재배확대로 이어질 수 있을 것이다.

아프리카의 경우도 계속적인 GM작물 재배확대가 이어질 것이다. 2014년에 수단은 Bt면화 재배면적이 46% 증

가하여 9만 ha까지 증가한 반면, 남아공과 부르키나파소는 불확실한 재배 조건 때문에 약간 감소하였다. 7개의 아

프리카 국가, 즉 카메룬, 이집트, 가나, 케냐, 말라위, 나이지리아 그리고 우간다에서 쌀, 옥수수, 밀, 수수, 바나나,

카사바, 고구마 등 주곡 작물뿐 아니라 구황 작물(orphan crop)에 이르기까지 폭넓은 작물에 대한 시험 재배를 실

시했다. WEMA(Water Efficient Maize for Africa) 프로젝트를 통해 빠르면 2017년에 남아공에서 해충 저항성과

가뭄저항성의 복합 형질을 가진 첫 번째 생명공학 옥수수를 생산할 것으로 예상되며, 이후 케냐와 우간다, 모잠비

크, 탄자니아 등에서 재배가 진행될 것으로 예상된다.

다중 형질을 나타내는 후대교배종(stacked traits)이 GM작물의 중요한 특성으로 계속하여 성장할 것으로 전망

된다. 이 후대교배종은 2014년에 1억 8,100만 ha의 28%에 해당하는 약 5,100만 ha에서 재배되었는데, 이는 2013

년의 4,700만 ha(1억 7,500만 ha의 27%)보다 증가된 것이다. 이런 다중 형질의 지속적 증가 추세는 계속될 것으

로 전망된다.

3. GM작물 상업화 동향

가. GM작물 상업화 현황

1994년 이후 2014년 10월 말 현재까지 총 38개국(37개국+EU 28개국)에서 유전자변형작물의 식품·사료·환경

방출 승인이 이뤄졌다. 이들 국가에서 27개 작물 357개의 이벤트에 대해 총 3,083건의 규제 승인이 이루어졌다.

이 중 1,458개는 식용(직접 사용 또는 가공)에 대한 승인이었으며, 958개는 사료용(직접 사용 또는 가공), 그리

고 667개는 재배용 또는 환경 방출용이었다. 가장 많은 이벤트를 승인한 국가는 일본(201건)이며 다음으로는 미

국(후대교배종을 제외하고 171), 캐나다(155), 멕시코(144), 대한민국(121), 호주(100), 뉴질랜드(88), 대만(79), 필

리핀(75), EU(만료된 것과 갱신 중에 있는 것을 포함하여 73), 콜롬비아(73), 남아프리카공화국(57), 그리고 중국

(55) 등이 뒤를 이었다(그림 3-6-19). 작물별로는 옥수수가 가장 많은 수의 승인을 받았으며(29개국 136개 이벤

트), 면화(21개국 52개 이벤트), 캐놀라(13개국 32개 이벤트), 감자(10개국 31개 이벤트), 콩(28개국 30개 이벤트)

등이 뒤를 이었다 .

201

171155

144

121100

8879 75 73 73

57 55

일본

미국

캐나다

멕시코

한국

호주

뉴질랜드

대만

필리핀

유럽

콜럼비아

남아공

중국

0

50

150

100

200

250

그림 3-6-19 국가별 상업용 승인 이벤트 현황(ISAAA)

이벤트별로는 제초제 저항성 콩 이벤트 GTS-40-3-2이 가장 많은 승인을 받았으며(26개국에서 52건 승인

+EU 28개국), 그 다음으로는 제초제 저항성 옥수수 이벤트 NK603(25개국 52건 승인+EU 28개국), 해충 저

항성 옥수수 MON810(25개국 50건 승인+EU 28개국), 해충 저항성 옥수수 Bt11(24개국 50건 승인+EU 28개

국), 해충 저항성 옥수수 TC1507(22개국 47건 승인+EU 28개국), 제초제 저항성 옥수수 GA21(20개국 41건 승인

+EU 28개국), 해충 저항성 면화 MON531(19개국 39건 승인+EU 28개국), 해충 저항성 옥수수 MON89034(22

개국 39건 승인+EU 28개국), 제초제 저항성 콩 A2704-12(22개국 39건 승인+EU 28개국), 해충 저항성 옥수수

MON88017(20개국 37건 승인+EU 28개국), 제초제 저항성 옥수수 T25(18개국 37건 승인+EU 28개국), 해충 저항

성 면화 MON1445(17개국 37건 승인+EU 28개국) 등이 뒤를 이었다.

국내의 경우 아직까지 재배용으로 승인된 GM작물은 한 건도 없지만, 많은 양의 GM곡물이 가축사료 및 식품용

으로 수입되어 이미 사용되고 있다. 우리나라의 GM곡물 위해성심사승인은 2014년 12월 현재 7작물 123건의 이벤

트가 승인되었고, 이 중 사료용으로 104건과 식품용으로 122건의 이벤트가 승인되었다. 2014년에 가공용 및 사료

용으로 수입승인된 GM곡물은 총 9,880천 톤으로 금액으로 환산 시 약 28.7억 달러에 달하고 있다(표 3-6-08).

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분류 승인 이벤트 수승인용도

사료용 식품용 재배용

콩 20 19 20

옥수수 64 56 64

면 화 22 19 21

감 자 4 - 4

캐놀라 11 9 11

알팔파 1 1 1

사탕무 1 - 1

계7작물

123종

5작물

104건

7작물

122건없음

표 3-6-08 2014년 국내 수입승인된 GM농산물

나. 주요 상업화 품목

미국은 2014년에 2015년 재배를 위한 두 가지 새로운 GM작물을 승인했다. 하나는 이네이트(Innate™) 감자로

서 이는 사람에게 발암물질로 작용하는 아크릴아미드의 함량이 낮고, 멍(bruising) 자국에 의해 폐기될 위험이 낮

은 특징을 갖는다. 또 다른 하나는 HarvXtra™ 알팔파(이벤트명 KK179)로 이는 리그닌을 감소시켜 높은 소화율과

생산성을 지닌 특징을 갖는다. 이외에도 제초제 내성 잡초의 발생을 줄이기 위한 인리스트 듀오(Enlist™ Duo)라

는 이벤트도 개발되었다. 이는 두 가지 이상의 제초제에 저항성을 나타내어 제초제 내성 잡초의 발생을 줄이는 2세

대 제초제 저항성 작물의 대표적인 예다. 이와 유사한 다른 예로는 디캄바/글라이포세이트(dicamba/glyphosate)

제초제 저항성 콩과 글루포시네이트(glufosinate)와 이소자풀루톨(isoxaflutole), 메소트리온(mesotrione)에 내성

을 지닌 콩(이벤트명 SYHTOH2) 등이 있다. 인리스트 듀오 이벤트에는 글라이포세이트와 2,4-D 제초제 모두에

저항성을 지닌 콩과 옥수수가 있다.

인도네시아는 2015년에 재배 예정인 가뭄저항성 사탕수수를 승인했고, 브라질은 제초제 저항성 콩인 Cul-

tivance™와 2016년에 상업화를 위한 자국에서 개발된 바이러스 저항성 콩 등 두 가지 상품을 가지고 있다. 베트남

은 2015년에 상업화할 계획인 제초제/해충 저항성 옥수수를 처음으로 승인하였다. 식용 GM작물로는 현재 소비자

들에게 직접적인 혜택을 주고 있는(이미 상업화된) 남아프리카의 흰옥수수, 미국과 캐나다의 사탕무와 스위트콘,

그리고 미국의 파파야와 호박에 더해서 새로운 생명공학 식용 작물인 방글라데시의 채소의 여왕 가지와 세계에서

네 번째로 중요한 식량 작물인 감자가 추가되었다.

다. 국제협력을 통한 국가별 특정 GM작물 개발 및 상업화

특이한 사항은 기술력과 연구개발재원이 부족한 개발도상국을 위한 국제 생명공학기술지원 프로젝트의 활성화

와 성과 도출이다. 현재까지 GM종자 시장은 글로벌기업들의 기술 독점으로 인해 GM작물의 종류(콩, 옥수수, 면

화, 캐놀라)와 형질의 한계(제초제 저항성과 해충 저항성)가 있는 것이 사실이었다. 반면, 최근 글로벌기업 또는 기

술선진국들의 기술 지원을 통해 국가별로 가장 문제가 되는 작물의 문제점 해결을 위한 노력이 성과를 거둠으로

써, 생명공학기술을 통한 글로벌 문제해결의 성공사례가 지속적으로 도출되고 있다. 이러한 국가별 특성화된 대표

적 성공사례를 소개하고자 한다.

(사례 1) 방글라데시의 해충 저항성 Bt가지(brinjal)

방글라데시의 Bt가지 프로젝트는 농민들에 의해 상업화된 상품을 만들어낸 첫 번째 ‘작물 생명공학 기술이전 프

로젝트’라고 말할 수 있다. 이 Bt가지는 가지에 치명적인 해충인 fruit and shoot borer(Leucinodes orbonalis)로부

터 저항성을 나타낸다. 방글라데시의 경우는 15만 영세농가가 5만 ha에서 가지를 경작하고 있는데(평균 농장 규모

는 0.3ha), 이 해충의 피해로 매년 수확량의 2/3 이상 손실을 본다. 이를 방지하기 위해서는 많게는 80회 정도의 살

충제 살포가 필요하다고 한다. 이러한 문제 해결을 위해 코넬 대학교에서 관리하는 ‘농업 생명공학기술 지원 프로

그램 II(ABSPII)’을 통해 인도 민간 기업 마히코(Mahyco)의 기술 기부와 자금을 지원한 ‘USAID(미국 국제 개발처)’,

그리고 ‘방글라데시 농업연구소(BARI, Bangladesh Agricultural Research Institute)’ 사이의 국제 민관협력을 통

해 방글라데시에 재배 가능한 해충 저항성 Bt가지가 개발되었다. 방글라데시는 2013년 10월 30일에 Bt가지를 상업

용으로 재배할 수 있도록 승인했으며(식량·사료·환경 방출), 100일도 지나지 않은 기록적인 기간인 2014년 1월 22

일에 소규모 농민들이 그들의 첫 상업용 상품을 재배하였다. 이들 재배농가는 Bt가지 재배를 통해 수확량 30% 증

가 및 농약 사용량 70~90% 감소로 1,850 달러/ha의 소득 증가를 가져오게 되었다. 농민들은 오픈 마켓에서 Bt가

지를 ‘BARI Bt Begun #, no pesticide used(무농약)’으로 상표를 붙여 판매하고 있다. 이러한 성공적인 성과는 방

글라데시 정부의 강력한 지원, 특히 농업부 장관인 Matia Chowdhury의 강력한 의지와 지지가 없었다면 가능하

지 못했을 것이라고 평가되고 있다.

(사례 2) 인도네시아의 가뭄저항성 사탕수수

2013년 5월 세계에서 2번째로 큰 원당(raw sugar) 수입국인 인도네시아(240만 톤, 16억 달러)는 첫 국내 개발

가뭄저항성 GM사탕수수에 대한 식품 및 환경 안전성 인증을 승인하였다(사료 승인은 계류 중). 생명공학 사탕수

수 품종 Cane PRG Drought Tolerant NX1-4T는 인도네시아 국유 설탕회사인 ‘PT. Perkebunan Nusantara XI

(PTPN-11)’와 인도네시아 East Java에 있는 젬버 대학교와 협력하고 있는 일본 기업 아지노모토(Ajinomoto) 간의

민관협력으로 개발되었다. 이 가뭄저항성 사탕수수 품종들은 수분 부족 상태에서 최대 36일간 견딜 수 있으며, 건

조 스트레스 상태에서 대조 품종인 BL-19보다 훨씬 더 많은 생산량을 나타낸다.

첫 재배에서 2~75%까지 수확량이 증가했고, 첫 번째 라툰(ratoon, 사탕수수 등의 그루터기에서 나는 새싹) 재

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배에서는 수확량이 14~57%까지 증가했으며, 두 번째 라툰 재배 때는 11~44%까지 증가했다. 인도네시아의 첫 국

내 개발 가뭄저항성 사탕수수는 공식적으로 2015년에 인도네시아에서 재배될 것으로 예상된다.

(사례 3) 브라질의 제초제 저항성 콩

2010년 브라질의 규제 승인 기관인 CTNBio는 민간 기업인 독일의 BASF와 브라질 정부기관 연구소인

EMBRAPA가 공동으로 수행한 민관협력을 통해 개발된 새로운 제초제 저항성 콩 품종의 상업적 재배를 승인

하였다. 이 공동 프로젝트에서 BASF는 EMBRAPA에 이미다졸리온(imidazolinone) 제초제에 저항성을 나타

내는 애기장대(Arabidopsis thaliana) 유래 csr1-2 유전자를 제공하였고, 브라질 연구소는 추가 유전자 제공

과 우수 콩 품종에 그 유전자를 도입하는 일을 담당했다. EMBRAPA와 BASF는 새로운 품종에 대한 특허를 공

유했는데, 이것은 PPP를 통해 개발되고 브라질에서 승인받은 첫 국내 개발 GM작물을 대표한다. 브라질은 현

재 이 콩에 대한 EU의 최종 수입승인을 기다리고 있다. 2016년까지 새로운 제초제 저항성 품종이 브라질에서

상업화되면 브라질 재배업자들의 잡초 관리 선택의 폭이 넓어질 것으로 예상된다. 콩은 브라질에서 가장 중요

한 수출 작물로서 브랜드명 Cultivance™로 판매되는 이 품종이 2016년에 상업화 작물로 재배될 경우는, 3,100

만 ha 규모의 콩에 대한 시장 점유율이 최대 20%까지 이르고 170억 달러에 이르는 수출 실적을 나타낼 것으

로 예상되고 있다.

(사례 4) 가뭄저항성 옥수수 (남아프리카, 케냐, 우간다, 모잠비크, 탄자니아)

몬산토는 Water Efficient Maize for Africa(WEMA) 프로젝트를 통해 남아프리카공화국, 케냐, 우간다, 모잠

비크, 탄자니아 등 사하라 사막 이남 지역의 5개 국가의 국립 농업 연구기관에 Bacillus subtilis 유래의 cold shock

protein 유전자가 도입된 가뭄저항성 옥수수(이벤트명 MON 87460, 상품명 DroughtGard™)의 기술을 기부하였

다. WEMA는 몬산토와 CIMMYT와의 협력을 통한 기술 개발을 위해 아프리카 농업기술재단(AATF)에서 편성한

프로젝트다. 이 프로젝트는 게이츠 재단(Gates Foundation), 하워드 버핏 재단, 그리고 USAID에서 공동으로 자

금을 지원받았다. 가뭄저항성과 해충 저항성을 지닌 첫 번째 다중 형질 GM옥수수는 빠르면 2017년에 농민들이 이

용할 수 있을 것으로 예상된다.

남아프리카공화국은 2017년에 이 기술을 활용하는 첫 번째 국가가 될 것으로 예상되며, 2015년에도 격리포장

시험을 실시할 것으로 예상되는 케냐와 우간다가 그 뒤를 이을 것으로 생각된다. 우간다 5번, 케냐 6번, 남아공 7

번 등 이들 세 국가들은 최소 5번의 시즌(season) 동안 제초제 저항성 옥수수의 격리포장 시험을 실시하였으며 아

주 고무적인 결과를 얻었다. 케냐는 Bt옥수수 MON 810(이 프로젝트를 시작한 이후 몬산토의 지원을 받았음)으로

세 번째 시즌의 격리포장 시험을 진행 중에 있으며, 우간다는 두 번째 시즌 현장 테스트를 진행 중에 있다. 2014년

10월에 모잠비크는 개정된 ‘생물안전 법령과 실행 규정’이 각료 이사회의 승인을 받았으며, 2015년에 WEMA 격리

포장 시험을 시작할 예정이다. 탄자니아는 격리포장 시험을 위해 ‘2009 생물안전 규정’ 개정을 향한 실질적인 진전

을 이루어나가고 있다. 일반적인 가뭄 상황에서 WEMA 다중 제초제/해충 저항성 옥수수는 다른 일반 상업용 품종

보다 20~35% 생산량이 높으며, 이는 결과적으로 아프리카에 있는 약 1,400만에서 2,100만 명의 사람들이 먹을 수

있는 200만에서 500만 톤의 옥수수가 추가로 생산되는 양이다.

나. 향후전망

현재 상업화 승인이 이루어지거나 신청 중인 다양한 GM작물들의 상업화가 빠르게 진행될 전망이다. 아프리카

지역의 가뭄저항성 GM옥수수의 상업화와 해충 저항성 Bt가지의 인도지역의 상업화 등 국가적 농업문제 해결을

위해 개발된 GM작물의 상업화도 이른 시일 내에 이루어질 것으로 전망된다.

GM작물에 대해 규제가 가장 까다로운 유럽에서 상업화 확대도 조심스럽게 전망되고 있다. 최근 유럽연합(EU)

이 유전자변형작물(GMO) 재배 여부를 결정할 수 있는 권한을 회원국들에 부여하기로 하였다. 즉, EU 차원의

GMO 재배 금지 결정에 대해 각 회원국이 개별 의사에 따라 동참하지 않을 수 있도록 했다. 이러한 결정으로 향후

EU가 특정 GMO에 재배를 금지하더라도 이에 동의하지 않는 국가는 해당 GMO를 재배할 수 있게 될 것이다. 지

금까지 유럽연합은 EU 차원의 재배 금지 결정에 대해 각 회원국이 동참하도록 규제함으로써 반발이 있었다. 이

번 유럽의회의 결정으로 영국, 스페인, 스웨덴 등 규제 완화를 요구하던 국가들의 좀 더 자유로운 상업화가 추진

될 것으로 전망되고 있다. 이미 유럽의 경우도 2014년 기준으로 5개 국가(스페인, 포르투갈, 루마니아, 슬로바키

아, 체코)에서 143,016ha의 Bt옥수수를 재배하였다. 그중 스페인은 최대 채택국가로서 EU의 전체 Bt옥수수 재배

면적 중 92%를 차지하고 있다.

식용작물에 대한 상업화도 빠르게 진행될 전망이다. 비타민A를 생성할 수 있는 황금쌀(GR, golden rice)은 필

리핀 미작연구소(PHILRICE, Philippine Rice Research Institute)와 국제 미작연구소(IRRI, international Rice

Research Institute)에서 개발 중에 있다. IRRI는 2014년 현재 필리핀, 인도네시아 그리고 방글라데시의 정부 연

구기관들과 협력하여 베타카로틴이 풍부한 황금쌀에 대한 연구 분석과 테스트를 지속하고 있다고 보고했다. IRRI

에서는 교잡육종을 통해 다양한 품종에 황금쌀 형질을 도입시키고 있는 중이며, 개발된 여러 품종은 격리포장 시

험이 진행될 것이다. IRRI와 여러 연구 협력기관들은 여전히 농민들과 소비자들에게 이익을 주는 고성능 황금쌀

품종을 개발하는 데 노력을 쏟고 있다. 여성과 아이들은 비타민A 결핍(VAD, vitamin A deficiency)에 가장 취약

한데, 비타민A 결핍은 어린이의 실명과 질병에 대한 면역 체계를 저하시키는 주된 원인이다. 2009년과 2012년의

WHO(세계보건기구) 보고에 따르면 아직까지도 1억 9,000만에서 2억 5,000만 명의 미취학 아동들이 매년 VAD

을 겪고 있다. 연구에 따르면 충분한 비타민A 보충이 5세 미만의 아동 사망률을 24~30% 감소시킬 수 있다고 알

려져 있다. 황금쌀이 상업화되어 비타민A 결핍 상태에 놓여 있는 800만 명의 유아기 후기 및 미취학 연령대의 아

이들이 비타민A를 쉽게 보충할 수 있다면 연간 130만에서 250만의 아이들을 살릴 수 있다는 것이다. 이러한 인류

복지에 대한 기여도를 볼 때 황금쌀의 상업화가 머지않아 이루어질 가능성이 매우 크다.

위에서 살펴 본 것과 같이 이제 GM작물의 상업화는 각 국가가 처한 농업환경에 맞춰 다양한 형태로 진행되고

있다. 미래 GM작물 개발 및 상업화 파이프라인을 살펴보면 향후 5~10년 내에 상업화 가능한 새로운 GM작물들이

속속 개발되고 있다. ISAAA에서는 최소한 격리포장에서 시험이 수행된 71개의 상업화 가능성 품목을 제시하였다

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(표 3-6-09). 여기에는 새롭고 다양한 작물과 형질이 포함되어 있고, 병해충 저항성 및 제초제 내성 특징을 모두

가진 품목들도 포함되어 있다. 황금쌀의 포장시험이 여러 국가에서 진행되고 있으며, 방글라데시, 인도네시아, 인

도에서는 감자역병 저항성 GM감자의 포장시험이 진행되고 있다. 미국에서는 이미 Simplot사가 역병 저항성과 저

환원당의 특징을 가진 Innate™감자에 대한 승인요청을 한 상태다. 특히 아프리카에서는 영양강화 바나나와 해충

저항성 동부콩 등 빈곤 경감 작물의 상업화 전망이 밝아 보인다. 이들 71개의 목록을 자세히 검토해보면 다음과 같

은 몇 가지 흥미로운 특정을 발견할 수 있다.

첫째, 71개의 목록 중 약 절반가량은 개발도상국에서 포장시험이 수행되었으며, 나머지 절반은 선진국에서 포장

시험이 진행되었다. 아프리카, 아시아 그리고 남미 등 개발도상국에서의 연구 진행은 매우 시기적절하며 이들 국

가에 더 많은 식량과 사료, 섬유를 공급할 것이다.

둘째, 개발 품목의 다양성으로서 개발 중인 작물들 중 약 1/4은 현재 상업화된 GM작물과는 다른 새로운 작물들

이다. 이 작물들은 대체로 가난한 사람들을 위한 식량 안보에 큰 기여를 할 수 있는 빈곤 구제작물(pro-poor or-

phan crops) 들이다. 이들은 사과, 바나나, 카멜리나(camelina), 카사바, 감귤, 병아리콩(chickpea), 동부콩(cow-

pea), 땅콩, 머스타드, 나무콩(pigeon pea), 감자, 쌀, 홍화(safflower), 사탕수수, 밀 등이다.

셋째, 형질별로는 개량된 가뭄 및 염분 저항성, 생산성 강화, 효율적 질소 이용, 높아진 질소 및 식량 품질, 바이

러스 저항성을 포함한 해충 및 질병에 대한 저항성 형질 등이 포함된다.

마지막으로, 71개 목록의 약 절반가량은 정부기관에서 개발되었거나 민관 협력 사업 등이 포함된 ‘작물 생명공

학 기술이전 프로젝트(crop biotech transfer project)’를 통해 개발되었다. 새로운 형질의 약 절반가량이 개발도상

국에서 진행하고 있다는 사실과, 가장 큰 문제들을 지니고 있는 아프리카에서 그 수가 증가하고 있다는 것이다. 이

사실은 GM작물이라는 생명공학기술이 글로벌 기술개발 공동체 형성을 통한 글로벌 문제해결에 기여하고 있다는

바람직한 소식인 것이다.

이와 같이 이제 GM작물은 다양한 수요 충족을 위한 개발 기술의 다양성과 함께, 각 국가별 농업문제의 주요 해

결수단으로 활용되고 있다. 이러한 기술의 발전은 이제 글로벌 문제해결이라는 매우 바람직한 방향으로 진전되고

나타나고 있다. 반면, 이러한 기술개발의 성공 전제조건은 물론 농업생명공학 기술의 지속적 발달을 보장하면서 이

를 발전하기 위한 창조적 아이디어와 첨단기술의 새로운 접목일 것이다. 이미 생물학 분야에서는 합성생물학이 일

반화되고 있으며 또한 이를 이용한 산업화 연구도 진행이 되고 있다. 이러한 기술의 발전과정에 GM작물도 서 있으

며 우리 후손들은 이러한 기술발전의 토대 위에 더욱 더 눈부신 과학기술의 발전을 이어갈 것이다. 이러한 관점에

서, GM작물은 우리 농업의 현안 문제 및 향후 기후변화 등으로 발생할 새로운 문제들을 해결할 핵심 농업기술로서,

대기업의 참여를 기대하기 어려운 우리의 경우 국가 차원에서 보다 적극적인 기술개발이 추진되어야 될 것이다.

작물 특성 기관 국가

사과 갈변 및 물러짐 억제 Okanagan Specialty 캐나다

사과 역병 저항성 ETH Zurich & JKI독일

스위스

알팔파 낮은 리그닌 함유Monsanto, Forage Genetic Inter-national & Pioneer

미국

바나나 비타민 A 강화 QUT, NARO & Gates Foundation 우간다

바나나바나나 잔토모나스

시들음병

AATF, Academia Sinica, NARO, IITA, Gatsby Foundation & USAID

우간다

바나나 기생충, 바구미, 선충 저항성NARO, UC, UP, Rockefeller Foundation & USAID

우간다

카멜리나/F

alse

flex

오메가 3 강화 Rothamsted Research 영국

캐놀라 다중 제초제 내성 Pacific Seeds 호주

캐놀라 다중 제초제 내성 Bayer, Monsanto & Pioneer미국

캐나다

캐놀라 오메가 3 강화 Cargill & BASF 미국

카사바 갈색줄무늬바이러스저항성

Danforth Center, Howard Buffet Foundation, Gates Foundation, NARS, Monsanto, ETH Zurich & USAID

케냐

우간다

카사바 비타민 A 강화 AATF, KARI & NARO나이지리아

케냐

우간다

시트러스 감귤녹화병 USDA & HLB-MAC 미국

병아리콩 명나방 해충 저항성 AAU, DBT & Sungro Seeds 인도

면화 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 KALRO, INERA & Monsanto

카메룬,

부르키나

파소, 가나

케냐

말라위

토고

면화 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Monsanto 파키스탄

면화 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Mahyco & Monsanto 인도

면화삼중 유전자 해충 저항성 및

제초제 내성Monsanto 인도

(다음 페이지 계속)

제1절 작

물

제6장

제1장

3부

297296 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

면화 다중 해충 및 제초제 내성Bayer CropScience, Dow Agroscience & Monsanto

미국

면화 장님노린재 제어 Monsanto 미국

면화 고시폴 초저 함유 TAMU 미국

옥수수 피타아제 함유 Origin Agritech & CAAS 중국

옥수수이중 유전자 해충 저항성 및

가뭄저항성

AATF, CIMMYT, Gates Foundation, Buffet Foundation, Monsanto, NARS & WEMA

케냐, 우간다,

남아프리카공화국

옥수수 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Pioneer & Monsanto 인도

옥수수 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Pioneer & Monsanto 인도네시아

옥수수 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Pioneer, Monsanto & Syngenta 파키스탄

옥수수 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Pioneer & Monsanto 남아프리카공화국

옥수수 다중 해충 및 제초제 내성Dow Agroscience, Monsanto, Pioneer & Syngenta

미국

옥수수 질소 사용 효율 Pioneer & Syngenta 미국

옥수수 스트레스 내성 및 수확량 향상 Pioneer, Monsanto & BASF 미국

옥수수 복합 해충 저항성 및 제초제 내성 Pioneer, Monsanto & Syngenta 베트남

동부콩 명나방 해충 저항성

AATF, CSIRO, IITA, Monsanto, NARS, NGICA, PBS, Rockefeller Foundation & USAID

부르키나 파소,

가나, 나이지리아

땅콩땅콩 좌엽 바이러스,

황색구균곰팡이 & 아플라톡신ICRISAT 인도

겨자 잡종강세 개발 DU & NDDB 인도

나무콩 명나방 해충 저항성 ICRISAT 인도

감자 잎마름병 저항성 WU, VIB & GU네덜란드

벨기에

감자 감자바이러스Y저항성INBEBI/CONICET-UBA & Tecnoplant-SIDUS SA

아르헨티나

감자 잎마름병 저항성 BARI, PRC, ABSP-II & USAID 방글라데시

감자 잎마름병 저항성IAARD, ICABIOGRAD, IVEGRI, ABSP-II & USAID

인도네시아

감자 잎마름병 저항성 CPRI, ICAR, ABSP-II & USAID 인도

감자갈변 및 물러짐 억제,

낮은 아크릴아마이드 함유J.R. Simplot Company 미국

벼 해충 저항성 HuAU 중국

벼 질소 사용 효율, 물 효율 & 내염성

AATF, Arcadia biosciences, CIAT, Japan Tobacco, NARS, UC, DFID & USAID

가나

우간다

벼 해충 저항성 Mahyco 인도

벼 질소 사용 효율 Mahyco 인도

벼 높은 철분 함유 CU & DBT 인도

벼 비타민 A 강화 IRRI

방글라데시

인도

인도네시아

필리핀

벼 비타민 A 강화 IRRI & PhilRice 필리핀

벼다중 유전자 해충 저항성 &

제초제 내성Bayer Cropscience & Pioneer 미국

잇꽃 고올레산 함유 CSIRO 호주

수수비타민 A 강화, 생물학적으로 이용할

수 있는 아연과 철분

Africa harvest, Pioneer Hi-Bred, a DuPont business and KALRO; IAR and NABDA

케냐

나이지리아

대두 제초제 내성 EMBRAPA & BASF 브라질

대두 제초제 내성 & 변형된 지방산 Pioneer 남아프리카공화국

대두 다중 제초제 내성

Bayer Cropscience, Dow Agroscience, Monsanto, Pioneer & Syngenta

미국

대두SDA 오메가 3 &

제로 트랜스지방 오일Monsanto 미국

대두 수확량 향상 Monsanto & BASF 미국

대두 콩 시스트 선충 저항성Bayer, BASF, Syngenta & Monsanto

미국

대두아시아대두녹병, 오일 증가 및

사료 효율 향상Pioneer 미국

대두 병 저항성 Syngenta 미국

사탕무 고수확량, 내건성 KWS & BASF 독일

사탕수수 해충 저항성, 제초제 내성 SRA & Monsanto 호주, 미국

제1절 작

물

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

WTO 체제의 출범에 따라 세계는 기술력을 바탕으로 한 국제질서로 재편되고 있어 오래전부터 세계 각지에서

다양한 유전자원을 의도적으로 수집해 온 선진국들은 식물신품종에 대한 지적재산권의 주장은 더욱 거세질 것이

다. 앞으로 종자전쟁의 시대가 도래할것으로 예상되는 현 시점에 신품종 육성은 더욱 더 그 중요성이 부각되고 있

다. 대표적인 고부가 창출 작물인 화훼의 대다수 신품종은 교잡육종기술에 의해 개발된다. 이처럼 품종 간 또는 종

간교잡 등 교잡육종 기술이 화훼작물의 신품종개발 주요 수단이지만 유전자원들이 보유하지 않은 특성을 가진 품

종을 개발하는 것이 불가능하며, 설사 유전자원들이 보유하고 있는 특성이라도 유전자원들 간에 교잡화합성이 없

을 경우에는 교잡육종 기술로는 그 특성을 가진 품종을 개발하기가 불가능하다. 더욱이 유전적 조성이 복잡한 대다

수 주요 화훼작물의 경우 교잡육종 기술을 이용하여서는 다른 특성의 변함없이 목적하는 특성만을 변형시키는 것

도 불가능하다. 이러한 교잡육종의 한계점들을 극복할 수 있는 유일한 육종 방법이 형질전환 기술이다.

1. GM화훼작물 연구개발 동향

현재는 일본의 SUNTORY社에 합병되었지만 호주의 Florigene社에서 개발된 화색변형 GM카네이션이 1996년

에 상업화되었으므로 주곡작물에 비해 재배면적이 적어 널리 알려지지 않았지만 가장 먼저 상업화된 GM작물 중의

하나가 화훼작물이다. 2013년부터 2014년까지 유용 유전자를 도입하여 형질전환체를 획득하였다고 국내외 저널에

보고된 연구 현황 및 현재 국내 연구소 및 대학에서 진행되고 있는 형질전환체 개발 연구 현황을 정리하면 다음과

같다. 국내 연구 보고 현황은 한국연구재단 홈페이지(http://kci.go.kr)에서 검색어로 ‘transgenic plant’ 입력 후 검

색된 논문을 토대로 정리하였으며, 국외 연구 보고 현황은 Web of Science 홈페이지(https://apps.webofknowl-

edge.com/WOS_GeneralSearch_input.do?product=WOS&search_mode=GeneralSearch&SID=Y276v9liX-

ZOS4LTO6Pn&preferencesSaved=)에서 검색어로 ‘ornamentals and transgenic plant’ 입력 후 검색된 논문을 토

대로 정리하였다.

가. 국내 연구개발 동향

화훼작물은 2011년도부터 2014년까지 1단계가 끝나고 2015년도부터 2단계에 진입한 차세대바이오그린21사업

GM개발사업단에서 실용화 목표하에 중점적으로 개발하고자 하는 5대 작물 중의 하나다. 2011년부터 개발 후 지적

재산권 장벽에 부딪혀 실용화 진입에 문제가 발생되지 않도록 형질전환체를 개발하는 방향, 즉 학술적 방향이 아닌

제2절 화훼

제2절 화

훼

제6장

실용적 방향으로 연구가 진행된 바, 논문으로 정리된 보고는 많지 않지만 2012년까지와는 다르게 국화, 난, 잔디,

장미 등의 작목의 형질전환체 개발에 관한 연구결과가 학술지에 보고되기 시작하였다. 2013년부터 2014년도까지

논문으로 보고된 연구 결과를 (표 3-6-10)에 요약하였다. 국화의 경우, 2편의 논문이 보고되었다. 국립원예특작과

학원에서 2010년도에 토마토 유래 측지발생관련 유전자 Ls를 국화 ‘신마’에 역방향으로 도입하여 획득한 형질전환

체 5계통의 도입 유전자 특성 발현 결과를 보고하였고(Huh 등, 2013), 경상대학교에서 규산염 급원에 따른 고농도

규산염 축적 수송 유전자인 Lsi를 국화 ‘Brighton’에 도입하여 획득한 형질전환체의 규산염 흡수 및 뿌리 생장 특성

연구 결과를 보고하였다(Song 등, 2014). 건국대학교에서 심비디움과 팔레놉시스에서 유전자총과 아그로박테리움

을 이용한 형질전환 효율 비교 및 유전자총 전처리와 건조처리에 의한 아그로박테리움 효율 향상 연구 결과를 보고

하였다(노 등, 2013). 또한 삼투압 조절제 전처리 및 유전자총 발사횟수 조절 등 노화지연 관련 유전자 ORE7을 팔

레놉시스에 효율적으로 도입하는 데 필요한 고효율의 유전자총 형질전환 체계 확립 연구결과를 보고하였고(노와

김, 2014), 잔디에 관한 2편의 연구결과가 보고되었다. 전남대학교에서 스트레스 반응 유전자들의 발현을 조절하

는 abscisic acid 활성 관련 유전자 ABF3를 creeping bentgrass에 도입하여 획득한 형질전환체의 건조와 온도 스트

레스에 대한 내성 증진 연구결과를 보고하였고(choi 등, 2013), 경상대학교와 국립산림과학원이 공동으로 포장에

서 생육된 Zoysiagrass 포복경을 이용한 Agrobacterium 형질전환체 획득에서 큰 걸림돌이었던 절편체로 이용되

는 포복경 조직 살균법 개발 연구결과를 보고하였다(안 등, 2013). 장미의 경우, 국립원예특작과학원에서 2008년

도에 개발한 장미 체세포배발생 유도 기술과 2010년도에 개발한 장미 형질전환체 개발 기술을 적용하여 국내 육성

계통의 체세포배발생 캘러스에 reporter 유전자 GUS도입 형질전환체 획득 연구 결과를 보고하였다(Lee 등, 2013).

화종 변형된 특성 또는 목적 보고 학술지 연도

국화

무측지성Hort. Environ. Biotechnol.

54:280-287 2013

규산염 흡수력 증진Hort. Environ. Biotechnol.

55:428-436 2014

난(심비디움) 형질전환 효율 향상 화훼연구 21:199-205 2013

난(팔레놉시스) 형질전환 효율 향상

화훼연구 21:199-205 2013

J Plant Biotechnol41:216-222 2014

잔디(creeping bentgrass) 건조 및 온도 저항성Plant Biotecnol. Rep.

7:165-173 2013

잔디(Zoysiagrass) 형질전환 기술 개발 한국초지조사료학회지

33:100-104 2013

장미 형질전환 체계 확립Hort. Environ. Biotechnol.

54:172-176 2013

표 3-6-10 최근 국내 화훼작물 형질전환 연구보고 현황

제1장

3부

301300 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

2014년까지 논문으로 정리 보고되지는 않았지만 현재 국·공립연구기관 및 몇몇 대학에서 진행 중인 연구 현황

은 (표 3-6-11)과 같다. 바이로이드 저항성 및 화형 변형 국화, 제초제 저항성 및 바이러스 저항성 나리, 실내공기

정화능력 증진 산호수, 내환경성 및 내충성 장미, 화색변형 카네이션, 실내공기 정화능력 증진 페튜니아 형질전환

체 개발과 바이러스 저항성 선인장, 제조체 저항성, 내음성, 불임성, 왜화성 잔디 형질전환체의 환경위해성평가 연

구 등이 진행 중이다.

화종 변형된 특성 연구기관

국화바이로이드 저항성 국립원예특작과학원

화형 상명대

나리제초제 저항성 단국대

바이러스 저항성 단국대

산호수 실내공기 정화능력 국립원예특작과학원

선인장 바이러스 저항성 국립농업과학원

잔디 제초제 저항성, 내음성, 불임성, 왜화성제주대, ㈜에프앤피,

한국생명공학연구원

장미 내환경성, 내충성 국립원예특작과학원

카네이션 화색변형 단국대

페튜니아실내공기 정화능력 국립원예특작과학원

왜화성 국립농업과학원

표 3-6-11 최근 국내 화훼작물 형질전환 연구개발 현황

나. 국외 연구개발 동향

2011년과 2012년에는 Nishihara 와 Nakatsuka(Biotechnol. Lett. 33: 433-441, 2011)와 Chandler와 San-

chez(Plant Biotechnology Journal 10: 891-903, 2012)에 의해 화훼작물 전체적으로 형질전환체 연구 현황이 정

리 보고된 반면, 2013년과 2014년에는 형질전환 기술이 보편화된 대표적인 화종에 대해 정리 보고되었다. 국화는

Jaime 등(Critical Reviews in Plant Sciences 32:21-52, 2013)에 의해, 덴드로비움은 da Silva 등(Scientia Horti-

culturae 175:74-86)에 의해, 토레니아는 Nishihara 등(Plant methods 9:23)에 의해 그간의 형질전환체 개발 연구

가 정리·보고되었다. 2013년부터 2014년까지 국제 저널에 보고된 화종별 형질전환체 개발 연구 현황을 정리하여

요약한 것을 표 3-6-12에 나타내었고, 형질전환에 의해 변형된 특성별로 좀 더 자세하게 언급하면 다음과 같다.

화종 변형된 특성 또는 연구목적 보고 학술지 연도

국화

무기 인산 결핍 내성 BMC Plant Biology 14:18 2014

조기개화Plant Biotechnology Journal

11:373-379 2013

화색 PLOS one 8:e74395 2013

글록시니아 개화 시기 조절 Annals of Botany 111:791-799 2013

금어초 꽃 크기Plant Biotechnology Journal

12:1053-1065 2014

나리 형질전환 기술 확립 Acta Physiol Plant 36:2047-2057 2014

다알리아 형질전환 기술 확립 Plant Biotechnology 30:135-139 2013

디지탈리스

(Digitalis purpurea L.) 형질전환 기술 확립 Plant Biotechnol. Rep. 8:387-397 2014

버베나 환경오염 정화BioMed Research International

182032 2013

뻐꾹 나리왜화성 J. Plant Physiol. 16:1416-1423 2013

왜화성 Plant Biotechnology 31:335-340 2014

카네아션 GMO 인식조사 HortTechnology 23:683-688 2013

칼랑코에 콤팩트성Plant Cell Tiss Organ Cult

115:407-418 2013

케일(화훼용) 왜화성 Mol Breeding 34:99-113 2014

토레니아

꽃모양, 꽃차례 Plant Mol Biol 86:319-334 2014

환경오염 정화BioMed Research International

182032 2013

형광 Plant Biotechnology 31:309-318 2014

피커스속(Ficus lyrata) 잎색 Plant Cell Rep. 32:1783-1793 2013

페튜니아

꽃 크기Plant Biotechnology Journal

12:1053-1065 2014

바이러스 저항성 J Phytopathol 161:239-245 2013

콤팩트성Plant Cell Tiss Organ Cult

115:407-418 2013

환경오염 정화BioMed Research International

182032 2013

포인세티아 콤팩트성 PLOS one 8:e53377 2013

표 3-6-12 최근 국외 화훼작물 형질전환 연구보고 현황

제2절 화

훼

제6장

제1장

3부

303302 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

(1) 화색

호주의 Florigene社에서 개발한 화색 변형 카네이션 형질전환 품종과 일본의 SUNTORY社에서 개발한 화색변

형 장미 품종의 상업화가 성공한 이후에도 화색 변형 형질전환 화훼류 개발 연구는 최근까지도 계속되고 있다. He

등(2013)은 선홍색 국화 형질전환체를 개발하고자 국화 ‘Lijin’ 분홍색 품종의 시아니딘 합성 유전자는 발현을 억제

시키고 시네나리아 유래 F3’5’H 유전자는 과발현시켜 선홍색 형질전환체를 획득하였다고 보고하였다. 장미 형질전

환 품종을 개발하여 상업화에 성공한 일본의 SUNTORY社 기초과학연구소 Nakamura 등은 2014년 8월 21일부터

2일간 일본의 모리오카현 아이나센터에서 개최된 제32차 일본 식물세포분자생물학회에서 화색이 변경되고 F3’5’H

유전자가 1 copy만이 도입된 새롭게 카네이션 형질전환체를 획득하였고(그림 3-6-20), 획득 형질전환체의 상업화

하기 위하여 필요한 분자생물학적 분석 연구 결과를 발표한 바 있다. 또한 일본의 SUNTORY社 Global Innovation

Center(President: Masato Arishiro)에서는 2014년 10월 10일에 일본기초생물연구소와 카고시마 대학과 공동으로

연구하여 (그림 3-6-21)와 같이 환상적인 노란색 나팔꽃을 개발하였다고 보고하였다.

그림 3-6-20 일본 SUNTORY社가 제32차 일본식물세포분자생물학회에서 발표한

새롭게 상업화 준비 중인 화색변형 카네이션 형질전환 계통

(출처: http://www.suntory.com/news/2014/12196.html)

그림 3-6-21 일본 SUNTORY社가 2014년 10월 10일에 홈페이지를 통해 발표한 ‘환상적인 노란색 나팔꽃’

(2) 잎색

Zhao 등(2013)은 Ficus lyrata의 식물체 재분화 기술을 확립한 후 포도나무 유래 안토시아닌 생성 유전자 Vy-

MybA1을 Ficus lyrata의 잎절편체에 도입하여 선발된 재분화식물체의 잎색이 비형질전환체보다 진한 녹색이나

자주색 녹색, 또는 자주색으로 변화였다고 보고하였으며, 더불어 VyMybA1유전자가 다른 목본화훼류의 잎색을 변

형시키는 데 유용하게 활용될 수 있음을 제시하였다.

(3) 꽃 크기 및 꽃모양

Manchado-Rojo 등(2014)은 애기장대 유래 기관의 크기 관련 유전자 AtANT를 페튜니아(Petunia×hybrida 계

통 Mitchelll)와 금어초에 과발현시켜 획득한 형질전환체의 특성 연구결과를 보고하였다. 페튜니아의 경우에는 형

질전환체가 비형질전환체에 비해 꽃 가장자리가 더 커졌고, 금어초도 형질전환체가 비형질전환체에 비해 꽃이 커

졌다고 보고하였다. 현미경 관찰 결과, 형질전환체의 꽃이 커진 것은 AtANT유전자의 발현으로 형질전환체의 세포

가 팽창되어 나타난 결과로 확인되었다고 보고하였다. Sasaki 등(2014)은 토레니아(Torenia fournieri lind ‘Crown

Violet’) 유래 화기발달 관련 class B유전자 TfDEF와 TfGLO를 동시에 토레니아에 도입하여 획득한 형질전환체의

꽃받침이 꽃잎 모양으로 바뀌었으며, 꽃자루가 퇴화되었다고 보고하였다.

(4) 왜화성 또는 콤팩트성

분화류의 경우 왜화성이나 콤팩트성은 상업적으로 중요한 특성이다. Xie 등(2014)은 케일(Brassica oleracea

var. acephala f. tricolor)에 세 종류의 축소관련 유전자 BoDWARF, BoGA20ox, BoSP(self-pruning)를 억제

시켜 획득한 형질전환체가 크기가 작아졌고, 꽃과 뿌리 발달 속도도 느려졌다고 보고하였다. 그들은 연구결과를

근거로 왜화성 유전자를 이용한 형질전환 기술이 왜화성 신품종 개발을 위한 효과적인 접근방법임을 제시하였

다. Otani 등(2013, 2014)은 토레니아유래 지베렐린(Gibberelin, 이하 ‘GA’) 활성 또는 불활성 촉매관여 유전자

TfGA2ox2를 뻐꾹나리(Tricyrtis sp.)에 도입하여 획득한 형질전환식물체의 초장이 비형질전환체 초장의 63.4%

로 왜화성을 확인하였고, 꽃의 수나 꽃 길이는 비형질전환체 유의하게 다르지 않았다고 하였다. Islam 등(2013)

은 오옥신과 GA 같은 식물 호르몬의 식물 생육 조절관련 DNA binding transcription activator 유전자 SHI(애

기장대 유래)를 포인세티아 ‘Millenium’ 품종에 도입하여 획득한 형질전환체의 초장은 비형질전환체의 21∼52%

이었고, 마디 길이는 비형질전환체의 31∼49%이었다고 하였다. 또한 형질전환체의 인돌아세트산(Indole Acetic

Acid, 이하 ‘IAA’) 함량은 비형질전환체보다 31% 감소하였음에도 화아분화 시기는 변화하지 않아 AtSHI유전자

의 도입에 의한 형질전환 기술이 포인세티아에서 개화시기를 변화시키지 않으면서 왜화시킬 수 있는 효과적인

접근방법이며, 궁극적으로는 환경과 인간의 건강에 좋지 않은 식물 생장억제제의 사용을 줄이거나 피할 수 있

는 방법임을 제시하였다. Gargul 등(2013)은 담배유래 GA2ox2유전자를 칼랑코에 ‘1998-469’ 품종과 페튜니아

‘Famous Lilac Dark Vein’ 품종에 도입하여 획득한 칼랑코에 형질전환 식물체가 비형질전환체에 비해 마디수

제2절 화

훼

제6장

제1장

3부

305304 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

변화 없이 초장이 2배 감소했고, 화수장이 3배 감소했다고 보고하였다. 페튜니아의 경우는 칼랑코에와 마찬가

지로 형질전환체가 비형질전환체에 비해 초장은 4배 감소하였으나 마디수는 비형질전환체와 유사하거나 오히

려 많아졌다고 하였다. 개화시기는 형질전환체가 비형질전환체보다 늦어졌는데, 칼랑코에 형질전환체는 평균

24일, 페튜니아의 형질전환체는 3∼12일 늦게 꽃이 피었다고 하였다. 또한 칼랑코에와 페튜니아 형질전환체 모

두 꽃 모양은 변화가 없었으나 잎색이 더 진해졌는데 클로로필 함량 조사 결과 형질전환체가 비형질전환체보다

2배 이상 증진되었다고 보고하였다.

(5) 개화시기

화훼작물 재배에 있어 개화시기의 조절은 재포기간의 단축에 의한 경영비 절감뿐 아니라 상품출하 시기 조절

을 통한 소득 증대를 꾀할 수 있어 실질적으로 분화류 재배농가에서는 생장조절제를 이용하여, 국화 절화재배 농

가에서는 일장조절에 의하여 개화시기를 조절하고 있다. 형질전환 기술을 이용하여 이러한 화훼류의 개화시기를

조절해 보고자 하는 노력들이 계속되고 있다. Li 등(2013)는 글록시니아(Sinningia speciosa)에 단일에서 화아분

화 negative 조절인자로 알려진 miR159유전자를 과발현시켜 획득한 형질전환체가 비형질전환체에 비해 37일 늦

게 개화한 반면, 억제시켜 획득한 형질전환체는 비형질전환체에 비해 21일 빨리 개화했다고 보고하였다. Zhang

등(2013)은 벼의 양분스트레스 상태에서 뿌리생장 조절 유전자인 OsNRRa와 이종상동성인 국화 유래 유전자

CmNRRa를 국화 ‘Xiahuang’ 품종에 과발현시킨 후 획득한 형질전환체가 비형질전환체보다 40∼64일 빨리 개

화한 반면, CmNRRa를 억제 시킨 후 획득한 형질전환체는 비형질전환체보다 꽃이 약 2주 늦게 피었다고 하였다.

(6) 형광

Sasaki 등(2014)은 강한 형광발광 형질전환 화훼를 개발하기 위하여 해양 플랑크톤 Chiridius poppei로부터 노

란빛 녹색 형광 단백질 유전자 CpYGFP를 클로닝한 후 토레니아 ‘Crown White’ 품종에 도입하여 획득한 형질전

환체의 식물체 전체가 강한 형광을 발광했다는 보고에서 상업적 형광 화훼 형질전환체의 상업적 이용 가능성과 형

광발광 토레니아 식물체 생산에 이용된 유전자 CpYGFP의 비파괴 방법에 의한 새로운 형질전환 식물체 검정에의

이용 가능성도 제시하였다. 이와 더불어 형광 화훼류의 상업적 이용을 위해서는 발광 영역에 적합한 빛과 필터의

등이 구비되어야 해서 당장의 대중적 사용이 불가능하지만 과학적 흥미를 유발시킴으로써 문화적 또는 교육적 목

적 사용 가능성 제시 및 형광화훼류의 생화, 건조화 및 견본으로서의 사용을 통한 GM식물체에 대한 사회적 인식

제고에 기여할 수 있다고 보고하였다.

(7) 양분결핍 내성

Liu 등(2014)은 식물생장을 위한 필수요소인 인산염 결핍상태에서 내성이 증진돤 국화를 개발하기 위하여 국화

로부터 인산염 수송 관련 유전자(PT1, Phosphate Transporter 1)를 분리한 후 국화 ‘Jinba’에 도입하여 획득한 형

질전환체가 비형질전환체에 비하여 인산염 결핍 또는 과잉상태에서 생장이 좋고 특히 뿌리 생육이 비형질전환체

보다 월등히 좋았으며 뿌리 내 인산염 축적 양도 높았다고 보고하였다.

(8) 환경정화

포름알데히드와 같은 실내공기 오염원, 토양 중금속, 대기환경오염원을 정화시키는 데 실내식물이 매우 중요한

역할을 한다는 사실이 밝혀진 이후 주요 실내식물인 관엽식물 및 난 등을 이용한 실내 공기정화에 대한 연구가 진

행되고 있다. 최근에는 형질전환기술을 이용해 실내 공기 정화능력이 증진된 식물체를 개발하고자 하는 연구도 추

진되고 있다. Matsui 등(2013)은 무기인산염을 고농도로 축적할 수 있고, 환경수질오염을 정화시킬 수 있는 형질

전환체를 개발하기 위해서 애기장대유래 인산염 겹핍 조절 전사인자 유전자 AtPHR1을 토레니아, 페튜니아, 버베

나 등에 도입하여 획득한 형질전환체들이 비형질전환체에 비해 잎 축적 인산염의 양이 2∼3배 높았으며, 인산염

흡수 속도 또한 빨라졌다고 보고하였다.

(9) 내병성

병저항성은 작물의 종류에 관계없이 중요한 육종 목표이나 교잡육종 기술에 의해서 병저항성 식물체 개발이 쉽

지 않아 형질전환 기술을 이용하여 병저항성 품종을 개발하려는 시도가 끊임없이 계속되고 있다. Li 등(2013)은 주

요 초화류의 하나인 페튜니아에 있어서 문제인 오이모자이크 바이러스에 저항성인 식물체를 개발하기 위하여 식

물 바이러스 유전자 전사 발현을 효율적으로 억제시켜 광범위한 바이러스 억제 약품으로 알려진 리보소옴 불활성

단백질인 미국자리공 항바이러스 단백질(PAP, Pokeweed antiviral protein)의 변이 단백질 유전자를 페튜니아 4

품종(WR, R, P, S)에 도입하였다. 이렇게 획득한 형질전환체가 비형질전환체에 비해 오이모자이크 바이러스에 내

성을 보였다고 보고하였다.

(10) 형질전환 기술 확립

형질전환 기술이 확립되지 않은 작목의 경우 형질전환 기술을 이용하여 특정한 형질을 변형시키고자 할 때 형

질전환 기술 확립 연구가 선행되어야만 한다. Otani 등(2013)은 다알리아 ‘Yamatohime’ 품종의 mass of shoot

primodia를 절편체로 사용하여 β-glucuronidase(GUS) 및 하이그로마이신 저항성 유전자가 삽입된 pIG121-Hm

벡터를 삽입한 아그로박테리움(균주 EHA101) 공동배양을 이용한 효율적인 형질전환 시스템을 확립하였다고 보고

하였다. Pérez-Alonso 등(2014)은 디지털리스 ‘Bergold’ 품종의 잎절편체부터 재분화 식물체 획득 기술을 확립한

후 β-glucuronidase(GUS) 및 카나마이신 저항성 유전자가 삽입된 pTJK136벡터를 삽입한 아그로박테리움(균주

C58C1RifR) 공동배양을 이용한 효율적인 형질전환 시스템을 확립하였다고 보고하였다. Qi 등(2014)은 나리 종간

교잡종(Lilium tenuifolium oriental×trumpet ‘Robina’)의 배발생캘러스로부터 식물체 재분화 기술을 확립한 후

β-glucuronidase(GUS) 유전자가 삽입된 pCAMBIA1301벡터 삽입 아그로박테리움(균주 EHA105) 공동배양 기술

제2절 화

훼

제6장

제1장

3부

307306 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

을 이용한 형질전환 기술을 확립하였다고 보고하였다.

(11) GMO인식 조사

현재까지 GMO 상품의 표시를 고시할 것인지 아닌지 논쟁 중에 있는 미국에서 유통되고 있는 카네이션 형질전

환 품종 Moon series에 대한 인식조사 연구 결과가 보고되었다. Anderson 등(2013)은 2005년부터 2011년까지 미

국 미네소타대학 Floral Design(HORT 1013)에 등록되어 있는 학생 121명에게 Florigene社 개발 형질전환 카네이

션 Moonseries 품종을 재료로 꽃꽂이를 하여 가격을 매기게 한 후 판매를 하고자 할 때 판매 전략상 재료로 사용

한 GM에 대한 정보를 소비자에게 고시할 것인지 아닌지에 대해 질문한 결과, 조사대상자 121명의 73.6.%가 소비

자에게 알릴 것이라고 응답했다고 보고하면서 향후 미국에서 GMO에 대한 인식이 점점 더 좋아질 것이라고 전망

하였다.

2. 화훼작물 GM품종의 상업화 현황

2015년 현재 판매되고 있는 화훼작물 GM품종에는 호주의 Florigene社(현재 SUNTORY社로 합병됨)가 Flavo-

noid 3,5-hydroxylase (F3’5’H) 유전자 도입을 통해 개발하여 1997년에 상업화시킨 블루 카네이션 품종 ‘Moon-

dustTM’ 품종을 시작으로 series로 개발하여 상업화한 Moonseries 8품종과 일본 SUNTORY社에서 장미의 내재

dihydroflavonol reductase(DFR) 유전자의 발현을 억제시킨 후 팬지유래 F3’5’H유전자와 토레니아유래 5AT유전

자를 도입하여 개발한 후 2009년 말 상업화시킨 블루 장미 품종 ‘APPLAUSETM’ 품종이 있다(그림 3-6-22). 2013

년 3월에 판매되었던 카네이션 ‘MoondustTM’ 품종과 ‘MoonshadowTM’ 품종은 2015년 5월 현재 홈페이지 검색 결과

판매되는 카네이션 GM품종 목록에는 빠져 있었다.

2013년 3월 현재 호주 등 9개국 52개 도매 점포에서 판매되었던 카네이션 Moonseries LMO 품종은 2015년

5월 현재 호주 등 8개국 112개 도매 점포에서 판매되고 있었다(표 3-6-13). 이는 2013년 3월과 비교하면 미국

의 경우 도매 점포가 40개에서 98개로 늘었고, 영국과 스웨덴의 경우 도매 점포가 없어졌으며, 호주, 캐나다, 러

시아의 경우 점포가 늘어난 것이다. 블루 장미 ‘APPLAUSETM’ 품종 판매 점포 수 현황을 알 수 있는 홈페이지

(http://www.suntorybluerose.com)방문 결과, 일본의 홋카이도 등 8개 지역 240개 점포에서 판매되었던 2013

년 3월에 비해 각 지역별 판매 점포수가 늘어나 2015년 5월 현재 8개 지역 345점포 [북해도지역(7), 토후쿠 (동

북)지역(18), 칸토우(관동)지역(75), 츄우부(중부)지역(127), 칸사이(관동)지역(61), 츄우코쿠(중국)지역(12), 시코

쿠(사국)지역(12), 큐슈(구주)지역(33)]에서 ‘APPLAUSETM’ 품종을 판매되고 있는 것으로 확인되었다. 일본 내

‘APPLAUSE’ 판매점포수가 북해도와 시코쿠 지역을 제외하고는 판매점포수가 늘어나 2011년 3월에 비하여 총

105개 점포가 늘어난 것을 알 수 있다(표 3-6-13).

(출처: http://www.florigene.com, http://www.suntorybluerose.com)

그림 3-6-22 2015년 5월 현재 판매 중인 형질전환 카네이션과 장미 품종

국가 판매(도매)회사명 점포수

호주 Colombian Roses Pty Ltd. 등 2

캐나다 Bernard Anderson Inc. 등 6

아랍에미리트 Al Lokrit 1

독일 BIGI Blumen 1

네델란드 Fresh Chain Vof 1

일본 Suntory Flowers Ltd 1

미국

Arizona Arizona Flower 등 3

California Flora Fresh 등 12

Colorado Colorado Springs Wholesale Florist Inc. 등 2

Delaware Sieck Wholesale Florist 1(다음 페이지 계속)

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제6장

제1장

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제1장

3부미국

Florida Berkeley Florist Supply 등 11

Georgia VANS Inc.(Doraville) 1

Idaho Bonnett Wholesale Florist, Inc. 등 2

Illinois Bill Doran Company(Chicago) 등 17

Indiana Bill Doran Company(Indianapolis) 등 4

Iowa Bill Doran Company(Des Moines) 등 2

Kentucky Bill Doran Company(Louisville) 등 4

Louisiana Bay State 등 3

Massachusetts Carbone(Boston) 등 2

Michigan Rokay Floral Inc. 등 2

Minnesota Len Busch Roses Inc. 1

Nebraska Bill Doran Company(Omaha) 1

Nevada Greenfield and Company(Las Vegas) 등 3

New Hampshire Bay State(Bedford) 등 2

New Jersey Delaware Valley Wholesale Florist 1

New Mexico Greenleaf(Albuquerque) 1

New York Bill Doran Company(Albany) 1

Ohio Bill Doran Company(Columbus) 등 2

Oregon Greenleaf(Portland) 1

Pennsylvania Schaefer Wholesale Florist 1

Tennessee Bay State(Providence) 등 2

Texas Bill Doran Company(Austin) 등 8

Utah Ensign Wholesale 등 2

Virginia The Roy Houff Company(Norfolk) 등 2

Washington Washington Floral Service 1

Wisconsin Bill Doran Company(Green Bay) 등 3

소계 98

러시아 7Flowers 등 2

계 112

(출처: http://www.florigene.com)

표 3-6-13 Florigene Moonseries 카네이션 판매(도매)처

3. 향후전망

현재 유통되지 않고 사장되었지만 잘 물러지지 않는 연화 지연 토마토 ‘Flavr Savr’가 1994년에 형질전환 품종으

로서 처음으로 상업화되었고, 호주의 Florigene社에서 개발된 블루 카네이션 형질전환 품종 ‘MoondustTM’가 1997

년에 상업화되었으므로 화훼작물은 세계적으로 가장 먼저 상업화된 LMO 작물 중의 하나다. 화색변형 카네이션에

이어 2009년 11월에는 일본의 SUNTORY社에서 블루 장미 형질전환 품종 ‘APPLAUSETM’를 상업화하였다. 현재

세계적으로 판매되고 있는 카네이션과 장미 형질전환 품종의 정확한 수량은 알 수 없지만 위의 화훼작물 GM품종

의 상업화 현황에서 언급한 것과 같이 판매되는 점포수가 계속 늘어나고 있다. 국내에서도 2011년부터 시작된 차

세대바이오그린21사업의 GM작물개발사업단에서 국내외 진출 목적 GM작물을 개발하고자 하는 목표 5대작물 중

의 하나로 화훼류(국화, 장미, 잔디 등)를 선정하여 연구비를 지원함으로써 지적재산권 등 실용화 진입 장벽을 극

복할 수 있는 바이로이드 저항성 및 화형변형 국화, 바이러스저항성 나리, 화색 변형 카네이션, 제초제 저항성, 내

음성, 불임성, 왜화성 잔디, 왜화성 및 실내공기 정화능력 증진 페튜니아를 개발하고자 하는 연구들이 진행되고 있

다. 이 중 제초제 저항성 잔디는 환경위행성평가 연구가 진행 중이다. 이와 같이 화훼작물 형질전환 품종 개발 목

적으로 연구비가 투여되는 이유는 화훼작물이 환경위해성평가 및 식품안전성 평가를 모두 통과해야 할 뿐 아니라

NGO 단체의 반대로 상업화까지 기간이 오래 걸리는 식품과는 달리 화훼류가 환경위해성평가만을 통과하면 될 뿐

아니라 식품이 아니어서 NGO단체의 반대가 적을 것으로 예상되며, 개발 후 상업화까지의 소요기간이 짧을 것을

뿐 아니라 상업화 후 부가가치 창출효과가 매우 큰 장점을 가지고 있기 때문이다.

반면, 화훼작물은 식량작물과는 달리 화종당 주요 품종의 잠식기간이 비교적 짧아 상당한 비용이 소요되는 형질

전환체 개발에서 상업화까지의 투자비용 회수가 어려울 수도 있어 연구비 지원에 대한 제약조건이 있을 수 있고,

형질전환 품종으로 상업화하기 위해서 반드시 거쳐야 하는 환경위해성평가 신청을 하기 위해서는 도입된 유전자

의 안정적인 발현 확인뿐 아니라 벼나 애기장대와는 달리 도입 유전자 주변 염기서열 분석 등 분자생물학적 특성

분석에서 아직까지 유전자 염기서열이 판독되지 않은 화훼작물로서는 개발 비용은 제쳐 두고라도 기술적으로 해

결하기 쉽지 않은 부분을 해결해야 하는 어려움도 있다.

그래서 호주의 MoondustTM 개발자 Chandler 박사는 2012년에 화훼류 형질전환체 개발 연구 정리 보고에서 화

훼작물 형질전환체의 상업화를 촉진하기 위해서는 환경위해성평가 심사자료 항목들의 변경에 대한 필요성을 주장

한 바 있다. 즉, 도입유전자 주변 염기서열 분석 자료 등을 형태적 특성 평가로 대치하는 등 심사 규제의 완화 필요

성을 강조한 것이다. 더욱이 생태적인 면에서 보면 화훼분야는 꽃을 보기 때문에 유전적으로 변형된 식물의 꽃가

루가 환경에 전면 노출되는 문제도 안고 있다. 이와 같이 화훼작물 형질전환체 품종 개발에서 상업화까지 쉽지 않

고 유전자 개발을 포함하여 많은 난제들이 있지만 일본 연구진들은 위해성평가를 좀 더 쉽게 통과하기 위해 개발

한 형질전환체의 웅성불임화 연구를 꾀하고 있다. 이처럼 봉착된 문제를 하나하나 해결해 나가려는 의지를 가지고

현재 국내에서 분리 동정된 향기, 화색, 병 저항성, 약용 기능성 등 유용 유전자들을 화종에 적합하게 도입하여 개

제2절 화

훼

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

발에서부터 상업화 전략을 잘 수립하면 상상 이상의 부가가치를 창출할 수 있는 국내 화훼작물 형질전환 품종 개

발은 반드시 이루어질 수 있을 것으로 기대하는 바다.

목재와 목제품을 생산하는 나무는 사람이 직접 식용하지 않기 때문에 LMO의 개발 잠재력이 매우 큰 것으로 기

대되고 있다. 그러나 자연환경에 미치는 영향 또한 매우 크기 때문에 그 우려가 많은 것이 사실이다. 나무는 세대

간격이 길고, 육종 목표형질의 발현에 오랜 시간이 걸릴 뿐 아니라 대부분의 수종이 타가수분을 하는 등의 제약으

로 인해 육종기간이 길고 육종효율이 낮은 어려움이 있다. 나무의 이러한 복잡한 유전·생리적 구조로 인해 품종

육성에 시간과 비용이 많이 들어서 GM작물 상업화의 놀라운 성공에도 불구하고 중국의 해충 저항성 포플러를 제

외하고 조림수종 중에서 GM나무가 공식적으로 식재된 사례는 아직 없다.

그러나 2015년 GM유칼리나무와 GM테다소나무를 필두로 GM사과의 상업재배가 마침내 승인됨에 따라 GM나

무의 대규모 경작에 따른 안전성 논란이 뜨겁다. 나무는 화분의 비산거리가 수백 킬로미터에 이르기 때문에 자연

생태계에 존재하는 나무와의 교잡에 따른 유전자 오염과 생태계 파괴 논란 그리고 대부분의 GM나무가 빠른 생장

과 수확에 목표가 맞추어진 관계로 토양수분의 고갈 등 여러 가지 복잡한 문제들이 제기되는 것이다. 그러나 목재

와 목제품에 대한 지속적인 수요 증가를 바탕으로 GM나무의 개발과 생산의 경제성이 담보된 관계로 산림산업계는

GM나무의 대규모 상업재배에 전력을 투구하고 있다. GM유칼리나무와 GM테다소나무 그리고 GM사과의 상업화

승인을 계기로 이제 본격적인 LMO 시대로 진입한 산림분야의 연구개발 동향 및 상업화 현황을 살펴보고자 한다.

1. GM나무 연구개발 동향

가. 국내 연구개발 동향

우리나라는 아직 GM나무 연구개발이 초기 수준에 머물러 있고, 작물 분야에 비해 투자 규모가 매우 작은 것이

사실이다. 그러나 최근 산림생명공학 분야에서도 유전체 해독 프로젝트와 전사인자를 중심으로 한 대규모 형질전

환체 집단 개발 연구가 진행 중에 있다. 또한 기존의 형질전환체를 이용하여 폐광지와 간척지에서 현장시험이 이루

어지고 있는 점은 고무적인 발전이라 할 수 있다. 국내 GM나무의 연구개발은 아직 포플러에 국한되어 있지만 소나

무, 낙엽송, 가문비나무, 무궁화 등의 형질전환 기술 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.

LMO의 개발은 기능성 유전자의 확보에서 시작된다. 나무는 초본식물에는 없는 고유한 특징들을 가지고 있다.

나무는 이차생장 및 이차대사와 관련해서 독보적인 특징을 가지고 있다. 또한, 나무는 오래 살고, 생장과 휴면이

해마다 반복되며 계절에 따른 생장의 변화가 분명할 뿐 아니라 자연의 거의 모든 기후와 토양 등의 환경조건에 적

응하여 살아간다. 나무의 이러한 특징들과 관련된 유전자의 비밀을 밝히기 위해 국립산림과학원 주관으로 소나무,

제3절 나무 등

제3절 나

무 등

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

밤나무, 사시나무의 유전체 해독 프로젝트가 2014년에 시작되었다. 나무의 대단위 유전체 정보를 활용한 분자육종

기술을 통해 고부가 산림산업 창출의 기반이 조성될 것으로 기대된다.

경희대학교 주관으로 국립산림과학원 등이 참여하는 포플러 슈퍼 클론 개발 연구가 진행되고 있다. 이 과제에

서는 나무의 전사조절인자의 유전자를 분리하여 대규모의 형질전환 포플러를 생산하고 있다. 이를 통해 나무의 고

유한 생장과 재질의 조절기작을 구명하고, 최종적으로 기존 품종에 비해 바이오매스 생산성과 에너지 전환 효율이

30% 이상 증가된 슈퍼 클론을 개발하는 것이 목표다.

연구실 수준에 머물던 GM나무의 개발이 산림현장으로 확대되고 있다. 국립산림과학원은 포항공대와 공동으로

국내의 폐광지에서 중금속 흡수 능력을 시험하고 있다. 중금속 정화용 GM포플러는 생존율과 중금속 흡수 능력이

일반 포플러에 비해 월등히 높은 것으로 나타나서 유전적으로 개량된 나무를 이용하여 오염된 토양의 정화뿐 아니

라 생태계의 복원에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 또한 한국생명공학연구원은 내염성 유전자가 도입된

GM포플러를 간척지에 식재하여 적응시험을 실시하고 있다.

이외에도 국립산림과학원, 서울대학교, 고려대학교, 한국생명공학연구원 등에서 바이오매스 생산 증진, 내염·

내건성과 같은 환경 스트레스 내성 획득, 토양오염 정화 등을 위한 GM포플러를 개발하고 있다. 그러나 국내의 GM

나무 개발 연구가 대부분 유전자 기능 검정 수준에 머무르고 있는 점은 아쉬운 것이 사실이다.

미국과 브라질이 GM테다소나무와 GM유칼리나무의 상업재배를 각각 승인함에 따라 GM나무의 수입에 대비한

준비가 필요하다. 이들 GM나무는 향후 6년 정도면 시장에 나올 것으로 예상될 뿐 아니라 우리나라가 GM작물의

주요 수입국임을 고려하면 GM나무 또는 그 산물의 수입 또한 예상할 수 있다. LMO의 수입과 관련하여 농촌진흥

청, 국립환경과학원, 식품의약품안전청 등이 과학적 근거를 바탕으로 국제적 기준 및 규격에 따라 안전성을 평가·

심사하고 있으나 나무는 작물과 다른 고유한 특징이 있으므로 이를 반영한 보완이 필요하다. 국립산림과학원은 바

이오평가센터와 공동으로 GM포플러의 환경영향평가를 실시하여 분자생물학적 평가와 더불어 토양 미생물과 곤

충상의 변화 등을 조사한 바 있다. 그러나 국내의 GM나무 개발과 관련한 환경영향평가 뿐 아니라 GM나무의 수입

에 대비하여 평가 및 심사와 관련된 절차와 기준 등에 관한 준비가 이른 시일 내에 이루어져야 할 것으로 생각된다.

나. 국외 연구개발 동향

GM나무의 국외 연구개발 동향을 파악하기 위해 2013년부터 현재까지 발간된 논문 및 보도자료 등을 분석하

였다. 그 결과 GM나무의 개량 목표형질은 신속생장을 통한 바이오매스 생산 증진, 목재의 재질 개선 그리고 환

경 스트레스 극복 등으로 구분되었다. 이러한 결과는 최근 수년간 변화가 없는 것으로, 제한된 자원으로 급증하는

목재와 목제품에 대한 수요를 감당하기 위해서는 생산성의 증대가 가장 시급한 산림분야의 현안임을 반영한 것으

로 생각된다.

목질계 바이오매스 증진 연구는 1) 나무의 성장과 발달을 조절하여 바이오매스 생산량을 높이는 것과 2) 리그닌

과 셀룰로오스의 함량 및 구조 변화 등을 통해 재질을 개선하거나 펄프 및 바이오에탄올로의 전환 효율을 높이는

것으로 구분된다. 바이오연료에 대한 수요가 증가하면서 GM작물 분야에서도 바이오에너지용 GM작물의 개발과

상업화에 대한 투자가 확대되고 있으나 인구증가와 경작지 감소에 따른 식량수급 문제와 직결되는 문제가 있다.

그래서 미국 연방정부는 비식량 작물에서 연료를 생산하는 기업에게 20억 달러의 자금을 투자하고 있으며 대출도

보증하고 있다. 이는 조림수종 중에서 특히 포플러와 유칼리나무, 테다소나무 같은 속성수가 그 대안으로 주목받

는 이유이기도 하다. 최근 상업화 승인을 받은 FuturaGene社의 GM유칼리나무는 재배기간을 7년에서 5.5년으로

단축시켜 바이오매스 생산량을 20% 이상 증가시켰고, ArborGen社의 GM테다소나무는 목재의 밀도를 높여 재질

을 개선하였다. 바이오에탄올 생산과 관련하여 벨기에와 프랑스의 공동연구진은 리그닌 생합성 경로에 작용하는

cinnamoyl coenzyme A reductase의 발현을 억제시켜 에탄올 수율이 최대 160% 이상 증가한 GM포플러를 개발

하였다. 이 GM포플러는 현재 일반 포플러보다 성장이 다소 느린 단점이 있는데, 성장속도를 보완할 경우 에탄올

수율을 최대 2배까지 높일 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구진은 벨기에와 프랑스의 시험재배지에서 리그닌 생

합성 경로의 또 다른 핵심효소인 cinnamyl-alcohol dehydrogenase를 억제시킨 GM포플러도 시험하고 있다. 펄

프 및 제지산업에서는 나무의 리그닌 함량은 줄이고 셀룰로오스 함량을 높이는 것이 중요하다. GM기술로 리그닌

함량을 줄일 경우 펄프 생산 비용을 입방미터당 15달러 이상 절감할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 리그닌

감소는 나무의 구조적 강직성과 직결되고, 병원균에 대한 저항성과도 연관되어 있어 리그닌의 함량을 줄이는 대신

리그닌의 조성 또는 결합강도를 조절하는 연구도 진행되고 있다.

지구온난화에 따라 기후변화가 가속화되면서 환경 스트레스 내성 GM나무의 개발도 늘어나고 있다. 이는 인구

증가에 따른 식량수급 문제 해결 및 천연림 보호와 맞물려 조림지가 점차 척박한 환경으로 확대될 수밖에 없는 현

실과도 관련이 있다. 다양한 스트레스 요인 중에서 건조 및 염 저항성 GM나무 개발 연구가 가장 많은데, 이는 나

무는 작물과 비교하여 식재 후 관리를 거의 하지 않는 관계로 건조 상황에 자주 노출되는 점과 사막화 방지를 위

한 조림에 활용하는 목적 등과 관련이 있다. 조림지를 북상시키기 위한 내한성 GM나무 개발도 활발하다. 열대지

방에서 대규모로 심던 나무의 조림지를 아열대 또는 한대지방으로 확대하는 것이 그 목적인데, 상업화가 임박한

ArborGen社의 내한성 GM유칼리나무가 대표적이다.

나무를 이용한 고부가 천연물 생산 연구도 흥미롭다. NatureWorks社가 옥수수에서 추출한 화학물질로부터

생분해성 플라스틱을 생산하고 있지만 여전히 식물, 특히 나무에서 화학물질을 추출하는 것은 비용이 많이 든다.

생분해성 플라스틱을 생산하는 GM포플러가 오리건주립대학교에서 개발되었지만 수익을 낼 정도로 충분한 양을

생산하는데 실패한 바 있다. 최근에는 워싱턴주립대학교의 연구진이 잎과 줄기의 세포에서 장미의 향기 성분인

2-phenylethanol을 생산하는 GM포플러를 개발했다. 연구진은 상업화를 목표로 특허출원을 마치고 Elasid社를

설립하여 향, 연료, 의약품 등의 생산을 시도하고 있다. 또한 미국에서는 정향과 바질향의 화학물질을 생산하는

GM포플러도 시험재배 되고 있다.

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2. GM나무 상업화 현황

주요 조림수종 중에서 최초로 GM유칼리나무의 상업재배가 브라질에서 승인되었다. 미국도 GM테다소나무를

규제대상에서 제외함으로써 실질적인 상업화가 이루어졌다. GM유칼리나무는 목재의 생산성을 높인 것으로 브라

질의 FuturaGene社가 개발하였고, GM테다소나무는 목재의 밀도를 높여 재질을 개선한 것으로 미국의 ArborGen

社가 개발하였다. 이뿐만 아니라 캐나다의 Okanagan Specialty Fruit社가 개발한 갈변현상을 억제시킨 GM사과나

무의 상업화도 미국과 캐나다에서 승인되었다. 바야흐로 나무도 본격적인 LMO의 시대가 열린 것이다.

가. GM유칼리나무의 상업화

조림수종 중에서 세계에서 가장 많이 심고 있는 유칼리나무는 펄프와 종이 생산에 이용하는 활엽수재를 만든다.

최근에는 기후변화에 대응하고 화석연료를 대체하기 위해 바이오연료에 대한 요구가 증가하면서 유칼리나무의 수

요가 커지고 있다. 이를 반영하여 미국의 ArborGen社와 브라질의 FuturaGene社가 GM유칼리나무의 최초의 상

업화를 위해 경쟁해왔다. 브라질의 바이오안전성기술위원회가 2015년 4월 11일에 GM유칼리나무의 상업적 재배

를 승인함으로써 FuturaGene社가 최초의 기록을 얻게 되었다. 그러나 ArborGen社의 GM유칼리나무에 대한 미

국의 승인도 조만간 이루어질 전망이다.

FuturaGene社의 GM유칼리나무에는 세포벽의 구조를 변경시키는 애기장대 유래의 유전자가 도입되었다. 이

나무는 1년에 5미터 이상 자라고, 5년 반 만에 27미터까지 자라서 일반 유칼리나무에 비해 바이오매스 생산량이

20% 이상 많다. 일반 유칼리나무는 벌기령이 7년이지만 이 GM유칼리나무는 5.5년이면 벌채해서 이용할 수 있다.

따라서 GM유칼리나무에서 생산된 목재가 향후 6년 이내에 시장에 출시될 것으로 예상되고 있다. FuturaGene

社는 이 나무를 이용하면 탄소고정 능력이 12% 이상 증가하고 약 70만 개의 일자리가 창출되며 목재생산 비용은

20% 이상 감소할 것으로 예측하고 있다. 브라질의 분석가들은 유칼리나무의 시장 규모가 향후 20년간 500% 이상

커질 것으로 보고 있다. 이스라엘에서 설립된 FuturaGene社는 2001년부터 이 나무의 개발을 시작했으며 2010년

에 브라질의 Suzano社에 인수되었다. FuturaGene社와 Suzano社는 이스라엘과 중국, 브라질 등에 조성된 100ha

규모의 시험지에서 수천 종의 GM유칼리나무와 GM포플러, GM참나무 등을 시험하고 있다. FuturaGene社의 주

요 개량 목표형질은 병저항성 획득과 생산성 향상을 통해 목질계 섬유와 재생 가능한 에너지 자원을 개발하는 것

으로 출시가 임박한 다른 GM나무도 여러 종이 있는 것으로 알려져 있다.

한편 2000년에 설립된 미국의 ArborGen社가 개발한 GM유칼리나무에는 CBF(C-Repeat Binding Factor) 유

전자가 사용되었다. 펄프와 바이오연료를 생산하기 위해 성장이 빠르고 고품질의 펄프를 생산하는 호주의 유칼리

나무를 미국의 남부지방에 심기 위해서 내한성 유전자를 도입한 것이다. 그 결과 이 나무는 -9℃까지 견디는 것

으로 알려졌으며, 자연생태계로 유전자 오염을 막기 위해 화분이 생성되지 않도록 추가적으로 유전자변형 되었

다. 미국은 세계 최대의 목재 펠릿 생산국으로 2012년에만 수출이 70% 이상 증가하였다. ArborGen社는 GM유칼

리나무의 상업화를 통해 미국에서만 유칼리나무의 재배면적을 4배 이상 늘릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 워싱

턴의 식품안전성센터에서 발표한 보고서에 따르면 미국에서 ArborGen社가 GM유칼리나무의 상업화를 승인받으

면 2017년까지 20배 이상의 성장을 이루고, 5억 달러의 매출을 올릴 것으로 추정하고 있다. ArborGen社는 내한성

이외에도 특정 항생제나 병에 대한 저항성을 갖게 만들거나 리그닌 함량을 낮춘 GM유칼리나무도 개발하고 있다.

나. GM테다소나무에 대한 논쟁

미국 농무부가 ArborGen社가 개발한 GM테다소나무를 규제대상에서 제외하였다. ArborGen社는 목재의 밀도

를 높여 재질을 개선한 GM테다소나무의 개발에 사용한 유전자에 대한 정보를 공개하지 않고 있다. 목재의 밀도 증

가는 목재의 강도를 높여 내구성을 높일 뿐 아니라 바이오매스로 이용할 때 에너지 함량과도 관련이 있다. 이 나무

는 유전자총 기술을 이용하여 개발되었고, 식물병해충의 위험이 없다는 이유로 GM 규제대상에서 제외한 것이다.

즉, 많은 비용과 시간이 소요되는 시험재배와 다른 규제절차를 밟지 않아도 된다. 미국 농무부의 이러한 결정을 다

른 나라들은 동의하지 않기 때문에 시장의 혼란도 불가피해졌다.

일반적인 GM작물은 식물병원체를 사용하여 유전자변형을 유도하기 때문에 상업재배승인을 받기까지 오랜 시

간과 비용이 소요된다. 유전자총 기법을 이용한 GM작물의 규제 제외는 많은 논란을 일으키고 있으며 특히 과학적

사실에 대한 정치적 판단 여부에 대한 오해도 야기하고 있다. 이번 결정은 GM작물의 잠재적 위험에 대한 평가기

준으로 형질전환 방법만을 고려했기 때문에 자연과 환경에 대한 논란이 계속될 전망이다. GM작물 규제에 관한 이

런 허점이 GM종자 개발업체들에게 역효과를 불러일으킬 것이라는 지적도 있다. 어찌되었건 미국 농무부의 이번

결정은 GM작물의 상업화를 위한 새로운 길을 열어준 셈이다.

다. GM과일나무의 상업화 - GM사과의 승인

2015년 2월 13일에 미국이 GM사과의 상업재배를 승인한 데 이어 캐나다도 이를 승인하였다. 규제 당국은 GM

사과가 알레르기 반응을 포함한 안전성과 영양적 가치에서 기존 사과와 차이가 없다고 발표하였다. 미국은 식물

병해충 위해성에 대한 분석을 기초로 GM품종의 상업화 여부를 결정한다. 미국 농무부는 GM사과가 농업에 식물

병해충의 위해성을 제공하지 않고, 인간과 환경에 큰 영향을 가하지 않는다고 판단한 것이다. 이 GM사과는 캐나

다의 Okanagan Specialty Fruit(OSF)社가 개발한 것으로, 사과를 자른 후에 3주 이상 갈변되지 않는다. 상품명은

‘Arctic Apple’이다. 사과가 갈변되는 것은 polyphenol oxidase(PPO)라는 효소의 작용 때문인데, RNAi 기술을 사

용하여 갈변현상의 원인이 되는 PPO의 발현을 억제시켰다.

OSF社는 두 가지 품종, ‘Granny Smith’와 ‘Golden Delicious’를 먼저 출시하고, 조만간 다양한 품종으로 이 기술

을 확대할 예정이다. 최초의 GM사과는 2016년도 말이면 슈퍼마켓 진열대에서 볼 수 있을 것으로 예상되지만, 본

격적인 재배는 2017년부터 이루어질 것으로 예상된다. 소비자가 GM사과를 선호할 것인지에 대한 전망은 분명하

지 않다. 갈변 현상을 제외하고 가격과 영양적인 측면 등에서 기존 품종과 차이가 없기 때문이다. 얇게 썬 사과를

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제공하는 외식 사업주들은 선호할 것으로 예상되지만 사과가 건강식품이라는 전통적인 인식에는 부정적인 영향을

미칠 것이 분명하다. 여론의 반응도 호의적이지 않다. GM사과의 시험재배가 워싱턴과 뉴욕 등에서 10년 이상 장기

간에 걸쳐 이루어졌음에도 불구하고 2012년에 캐나다의 브리티시컬럼비아에서 GM사과가 처음 수확되었을 당시

의 여론조사 결과 응답자의 69%가 GM사과의 승인을 반대하였다. 캐나다는 GM표시제가 의무가 아니기 때문에 환

경단체들은 GM사과가 표시되지 않을 것을 우려하고 있다. 또한 사과 재배농민들은 GM사과의 출시는 자국의 사

과 수출에도 심각한 손상을 입힐 수 있다고 경고하고 있다. 한편 OSF社는 GM복숭아와 GM체리도 개발하고 있다.

GM과일나무 중에서 최초로 상업화 승인을 받은 것은 바이러스저항성 파파야다. 미국의 코넬대학교와 하와이

대학교가 개발한 이 GM파파야는 1996년에 승인되어 현재 하와이에서 약 2,000ha의 면적에서 재배되고 있다. 중

국은 2006년에 South China Agricultural University가 개발한 PRSV 저항성 GM파파야를 승인하였고, 현재 약

6,275ha에서 재배되고 있다. GM파파야의 최대 수입국은 홍콩이다. 자두나무의 경우에는 plum pox virus 저항성

GM자두나무가 2007년에 미국에서 상업화 승인을 받았으나 현재 상업적으로 재배되지 않고 있다.

미국의 ArborGen社와 Monsanto社 등은 GM기술을 이용하여 미국 밤나무의 복원을 시도하고 있다. 최고급 목

재를 생산할 뿐 아니라 야생동물들에게 먹이와 서식지를 제공하던 미국 밤나무는 1800년대 후반에 아시아에서 유

입된 Cryphonectria parasitica에 의해 거의 멸종되었다. 칠레에서는 진균 저항성 GM포도나무를 개발하고 있고,

미국과 유럽은 바이러스저항성 GM감귤류를 시험재배하고 있다. 환경위해성 논란 뿐 아니라 식용으로서의 안전성

논란에도 불구하고 GM기술이 이제는 과일나무 전반으로 확대되는 추세다.

수종 개발 형질 주요 개발국 승인현황

포플러바이오매스 증진,

스트레스 내성, 병저항성 등

미국, 중국, 브라질, 벨기에,

일본, 한국 등중국(2002) 승인

유칼리나무 생장속도 증진, 내한성 등브라질, 미국,

뉴질랜드, 일본 등브라질(2015) 승인

테다소나무 재질 개선, 생장속도 증진 등 미국, 뉴질랜드 등미국(2015) 승인

(규제대상 제외)

파파야 바이러스 저항성 미국, 중국, 일본 등미국(1996, 2009),

중국(2006) 승인

자두나무 바이러스 저항성 미국, 유럽 미국(2007) 승인

사과나무 갈변 방지 캐나다, 미국 미국, 캐나다(2015) 승인

표 3-6-14 GM나무의 상업화 현황

라. GM나무의 확산

현재 전 세계적으로 800종 이상의 GM나무가 개발되어 시험포장 중에 있다. 이 중 30여종은 상업화를 위한 마

지막 단계인 안전성 평가를 하고 있다. GM작물의 성과를 바탕으로 ArborGen社, FuturaGene社, Monsanto社 등

이 GM나무에 대한 투자를 늘리고 있고, 국공립연구소와 대학교를 중심으로 다양한 연구개발사업이 진행되고 있

다. 세계 목재 및 목질계 바이오매스 시장 규모를 고려하면 GM나무가 창출할 수 있는 경제적 규모는 엄청난 것으

로 예측된다. GM나무의 상업화는 이제 막 첫걸음을 떼었지만 GM작물의 확산 속도에 비추어 GM나무 또한 조만

간 엄청난 파급효과를 만들어 낼 것으로 보인다.

GM나무의 개발을 주도하는 나라는 단연 미국이다. 20개 주의 약 400ha의 면적에서 GM나무의 시험재배가 진

행 중에 있다. 유럽은 스웨덴, 네덜란드, 벨기에, 스페인, 핀란드, 체코, 이탈리아 등에서 GM나무의 개발이 이루어

지고 있는데, 구주소나무, 자작나무, 박달나무, 포플러와 같은 조림수종뿐 아니라 포도나무, 자두나무, 사과, 배,

체리, 올리브나무 등의 과일나무가 많은 특징이 있다. 일본은 유칼리나무와 삼나무, 포플러 등에 집중하고 있다.

중국에서는 이미 해충 저항성 GM포플러 2종이 승인되어 산림 현장에 식재되고 있다. 중국은 사막화 방지와 증가

하는 목질계 바이오매스에 대한 수요를 감당하기 위해 GM나무에 큰 기대를 하고 있다. FuturaGene社가 개발한

GM포플러의 중국 내 시험재배를 허용한 것도 이러한 노력의 일환이다. 한편 우리나라는 아직 연구개발 수준에 머

물러 있고, 상업화에는 미치지 못하는 실정이다.

GM나무의 상업화는 초기에는 대학교와 국공립연구소가 주도했다. 미국의 플로리다대학교, 코넬대학교, 미국

농업연구소가 대표적이다. 그러나 현재는 민간기업이 주도하고 있다. 미국의 ArborGen社와 Monsanto社, 브라질

의 FuturaGene社와 Suzano社, 캐나다의 Okanagan Specialty Fruit社, 스웨덴의 SweTree Technologies社, 일본

의 Nippon Paper社 그리고 칠레의 GenFor社 등이 있다.

마. 더욱 뜨거워진 환경위해성 논란

GM나무의 상업화는 필연적으로 환경위해성 논란을 야기한다. FuturaGene社의 GM유칼리나무, ArborGen

社의 GM테다소나무, OSF社의 GM사과의 상업화를 계기로 여러 가지 논쟁이 확산되는 형국이다. 실제로 브라질

의 시위자들이 FuturaGene社의 실험실을 점거하고, H421로 알려진 GM나무의 묘목을 파괴하기도 했다.

가장 큰 쟁점은 자연생태계로의 유전자 오염 우려다. 나무의 화분은 수백 킬로미터를 날아가기 때문에 GM나무

의 대규모 상업재배를 위해서는 화분의 확산을 차단하는 것이 중요하다. 따라서 GM나무의 개발자들은 완전하게

불임화시키는 방법에 집중하고 있다. 실제로 GM유칼리나무는 수정 및 종자 형성이 이루어지지 않게 추가적으로

유전자변형 되었다. 그러나 GM나무의 화분이 생성되지 않더라도 주변의 일반 나무에서 날아온 화분에 의해 GM

나무에서 수정이 이루어지고, 이를 통한 GM형질의 확산 가능성은 여전히 존재한다.

생물다양성에 미치는 영향도 무시할 수 없다. GM나무는 천연림을 벌채한 다음 대규모의 단순림으로 조성하기

때문에 그 우려가 더 큰 것이 사실이다. 인위적으로 나무를 심어 산림을 조성할 때는 보통 단순림으로 조성하는데

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그 이유는 조성 방법이 간단할 뿐 아니라 경제적 가치가 높은 수종만을 골라 인공림을 만들 수 있기 때문이다. 단

순림은 동물과 식물의 서식지로 적합하지 않으며, 특히 동물의 먹이 부족을 야기할 수 있다. 실제로 브라질의 유칼

리나무 단순림에서는 새와 양서류의 25%가 감소한 것으로 보고되었다.

ArborGen社가 제시한 GM유칼리나무의 조림 및 육림 방법에 따르면 제초제뿐 아니라 인산염비료와 질소비료

의 사용을 권고하고 있다. 단순림에서의 제초제와 비료의 집약적 사용은 결국 토양의 질을 떨어뜨린다. 더욱이 바

이오연료 생산림의 경우 벌기령이 3년에 불과해서 제초제와 비료의 반복사용을 피할 수 없다.

물 부족 문제도 제기된다. 미국 산림청 자료에 따르면 GM유칼리나무의 단순림에서 물 이용이 천연림에 비해 2

배 이상 높은 것으로 나타났다. 유칼리나무는 빨리 자라는 속성수이기 때문에 물과 양분을 많이 요구하기 때문이

다. 유칼리나무는 또한 화재위험성이 높은 것으로 악명이 높다. 1990년대의 캘리포니아 대화재 당시에 불길의 에

너지 중 75%가 가연성이 높은 유칼리나무에서 나온 것으로 추산되고 있다.

GM나무의 상업화는 아시아, 아프리카 및 라틴아메리카에 대규모의 단순림을 만들고, 이는 필연적으로 자연생

태계에 영향을 미칠 것이다. 그러나 일부에서는 목재 생산에 작물과 마찬가지로 농장시스템이 도입된다면 천연림

에 대한 압박이 줄어들 것이라는 주장도 있다. UN의 자료에 따르면 지난 20년간 농장 시스템의 확대는 목재 생산

을 2배 이상 증가시켰고, 농장의 규모도 60% 이상 커진 것으로 나타났다.

3. 향후 전망

인구 증가와 산업화에 따라 목재, 펄프 그리고 바이오연료에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서 산림자원에 대

한 압박이 커지고 있다. 이를 해결하기 위해 나무의 성장기간과 생산경비를 줄이는 것이 산림분야의 가장 큰 과제

중의 하나다. 이것은 전통육종에서 추구하던 오래된 목표였지만 생명공학기술의 발전에 힘입어 그 가능성이 점차

현실화되고 있다. 바로 최상위 육종기술인 GM나무의 개발과 이용이다. 마침내 GM유칼리나무와 GM테다소나무

그리고 GM사과의 상업재배가 승인됨으로써 GM나무의 잠재력을 확인할 수 있는 계기가 마련되었다. 산림산업계

는 GM나무의 대규모 조림과 생산을 통해 본격적인 시장 진입을 시도할 것이고, 관련 분야에 대한 투자도 확대할

것이다. GM작물의 상업화 과정에서 지켜본 바와 같이 GM유칼리나무와 GM테다소나무 그리고 GM사과에 적용된

기술이 산림수종 전반으로 급속히 확대될 것이다.

그러나 GM나무의 상업화는 필연적으로 사회·환경·생태적 거부감을 유발할 것이고 LMO의 안전성에 관한 논쟁

을 유발할 것이다. 목재와 목제품 그리고 에너지 수요에 대응하고, 천연림의 벌채를 최소화시켜 생물다양성을 유지

하면서, 멸종위기 산림수종을 복원하는 것까지 산림분야에서 GM기술의 적용범위는 확대될 것이 분명하다. 이 시

점에서 우리나라의 연구개발 투자전략을 재검토하는 것이 필요하다. 국내에는 나무의 신품종 개발에 투자하는 종

자회사가 거의 전무한 실정이다. 하물며 GM나무의 개발을 위해서는 엄청난 연구개발비와 오랜 투자기간이 소요

되기 때문에 국내의 영세한 업체규모를 고려하면 민간 개발을 기대하기는 어렵다. 국립산림과학원을 비롯한 국공

립연구소와 대학교 등이 GM나무의 연구개발에 투자하고 있으나 아직 유전자의 기능검정 수준에 머무르고 있다.

국내의 이러한 어려운 여건에도 불구하고 GM품종 육성을 위한 꾸준한 투자와 관심이 절실하다. 그리고 GM나무의

본격적인 수입에 대비하여 평가 및 심사 기준의 정립 또한 조속히 이루어져야 할 것으로 생각된다.

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유전자변형생물체에 대한 연구는 최근 노벨생리의학상 수상자의 선정에서 보여주는 바와 같이 급격히 발전

하고 있는 분야다. 2007년 노벨생리학상을 수상한 마리오 카페기(Mario R. Capecchi, 유타대), 올리버 스미시스

(Oliver Smithies, 노스캐롤라이나대)와 마틴 에반스(Martin J. Evans, 카디프대)는 유전자변형동물(Genetically

Modified Animals, 이하 ‘GM동물’) 생산에 중요한 기술인 ‘유전자 적중(gene targeting)’ 기술과 이 기술을 배아줄

기세포 연구에 사용하여 줄기세포 연구에 기여한 공로로 수상을 하였다. 2012년 노벨생리의학상을 받은 존 거던

(John Gurdon) 교수는 1962년 개구리 난자에서 핵을 제거한 후 올챙이의 체세포에서 분리한 핵을 이식하여 올챙

이로 발생시키는 데 성공하여 핵이식(nuclear transfer)과 동물복제 연구 분야의 개척자로 업적이 인정된 결과였

다. 또한 공동수상자 신야 야마나카(Shinya Yamanaka) 교수는 2007년 노벨상 수상자 마틴 에반스 교수가 밝힌

줄기세포 연구를 발전시켜 체세포로부터 줄기세포의 특성을 갖는 역분화 줄기 세포(iPS cells, induced pluripotent

stem cells)를 만드는 기술을 개발하여 학문적, 의학적 줄기세포 연구에 큰 공헌을 한 것으로 알려져 있다. 이와 같

은 여러 분야의 분자 생물학적, 유전 공학적 기술의 발달로 GM동물 분야는 활발히 연구되고 있으며 농업적, 약학

적, 의학적인 활용도가 증가할 것으로 기대된다.

1. GM동물 연구개발 동향

목표로 하는 형질전환 동물을 얻기 위해 필요한 기술로는 효율적인 목표 유전자재조합기술과 재조합된 유전자

를 성공적으로 수정란의 핵에 주입하고 대리모에 이식하여 산자를 얻기 위한 수정란 조작 기술이 필요하다.

가. GM동물의 생산 기술 동향

(1) 유전자재조합기술

자연발생적 형질전환이 아닌 인위적 GM생명체는 유전자재조합기술의 발달로 가능해졌다. 유전자재조합기

술이란 목표로 하는 유전자를 효율적으로 과발현(over expression)시키거나 저발현(knock-down) 또는 제거

(knock-out)시키는데 사용되는 여러 가지 기술로 세포 내 여러 가지 생화학적 반응들을 모방한 기술들이다. 또

한 형질전환을 위하여 외부에서 넣어준 유전자의 발현을 원하는 상태에서 조절하는 방법으로 Tet-On/Off 시스

템은 Tetracyclin 존재하에 재조합된 유전자의 발현을 증가시키거나 감소시키는 방법이다. 잘 알고 있는 바와 같

이 유전자를 구성하는 DNA는 이중 나선으로 존재하며 세포 내에서 자연 발생적으로 끊어질 수 있는데 이를 이

제4절 동물중나선절단(DSB, double-strand breaks)라고 하며 세포가 이를 복구하는 기전에는 비상동적 말단 결합(NHEJ,

Non-homologous end joining)과 상동적 재조합(HR, Homologous recombination 또는 HDR, homology-di-

rected repair)으로 크게 분류될 수 있고 유전자재조합기술은 이들 기전을 활용한다.

RNA 간섭 현상은 바이러스나 전위인자(transposon)와 같은 외부 기생 유전자로부터 세포를 방어하는 기작

과 전사된 RNA 양을 조절하여 궁극적으로 유전자의 변형 없이 유전자 발현을 조절하는 기작이다. 세포 내 단일

가닥의 RNA와 바이러스나 전위인자의 RNA가 염기서열 유사성으로 결합하여 긴 이중나선 RNA(dsRNA, dou-

ble-stranded RNA)가 형성되면 Dicer라는 핵산분해효소의 작용으로 20여 개 내외의 염기 파편으로 잘려지고 이

과정에서 생성된 염기 파편의 단일 가닥은 RNA-induced silencing complex(RISC)와 결합하여 RNA 간섭 경로가

계속 작동되어 전사된 RNA를 분해하면 발현되는 단백질의 양도 감소된다. 세포 내 RNA 간섭 현상을 적절히 사용

하면 유전자의 과발현으로 발생되는 질병에서 유전자를 완전히 제거(knock-out)하지 않고 필요에 따라 유전자의

발현 양을 감소(knock-down)시켜 질병을 완화시킬 수 있다. 또한 프로모터 부위에 부분적으로 상보적인 siRNA

와 miRNA는 프로모터 활성을 유도하여 유전자의 전사량을 증가시키는 것으로 알려졌다. 비상동적 결합이나 상

동적 재조합 과정을 통한 유전자 변형 없이 RNA 간섭을 통하여 유전자 발현량을 조절하여 목적하는 GM동물들을

생산하려는 연구들도 수행 중이다.

정확히 원하는 위치에 유전자를 삽입하거나 결손시키기 위하여 위치 특이적인 핵산분해 효소(Targeted cleav-

age by engineered nucleases)를 이용한 유전자 가위 기술이 사용되는 데 현재 활용되는 방법으로 ① 징크핑거

뉴클레이즈(ZFNs, zinc finger nucleases) ② 전사 활성화 유사 효과 핵산분해 효소(TALENs, transcription ac-

tivator-like effector nucleases) ③ RNA 안내 DNA 핵산분해효소(RNA-guided Cas nucleases, 또는 CRISPR,

Clustered regulatory interspaced short palidromic repeats/Cas)가 이중나선 절단을 위해 널리 사용되어진다.

(가) Zinc finger nucleases (ZFNs)

Zinc finger nucleases(ZFNs)는 특정 DNA 부위를 인식하는 zinc finger DNA-binding 단백질 부분과 Fok I이

라는 제한효소 (restriction endonuclease)에 의해 잘리는 DNA 절단 효소 부분(DNA cleavage domain)이 결합한

합성 단백질이다. 특정 DNA 염기 서열과 결합하는 zinc finger 단백질 부분을 염기서열을 잘 조합하면 특정 유전

자의 원하는 위치에 이중나선 절단(DSBs)를 만들어 인위적으로 HR이나 NHEJ가 일어나도록 한다. 즉 아래의 그

림에서 보는 바와 같이 5-7개의 염기 서열을 자르는 부위로 인식하는 Fok I 제한 효소의 인식 부위와 3개의 DNA

염기쌍(base pairs, bps)을 인식하여 결합하는 각각의 finger(F) 단백질을 조합의 DNA binding domain이 spacer를

통하여 연결된 구조가 이중체로 되어 있다. 3개의 finger 단백질 조합은 9개 염기쌍을 인식할 수 있고 6개의 finger

단백질 조합은 18개의 염기쌍을 인식할 수 있어 이는 확률적으로 680억 염기쌍(68백만 Kbps)당 1개의 절단 부위

가 인식되는 것으로 DNA 염기 배열에서 선택적인 위치를 자를 수 있어 원하는 특정 유전자 부위에서 이중나선절

단을 만들어 인위적으로 유전자를 조작할 수 있다.

제4절 동

물

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제1장

3부

323322 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

(나) TAL effector nucleases(TALENs)

TALENs 유전자재조합 분해효소 시스템은 ZFNs처럼 DNA 결합 부분(DNA binding domain)과 DNA 절단 부

분으로 Fok I 효소가 결합된 구조다. 차이점은 유전자의 특정부위에서 잘려질 수 있게 DNA 결합부분에 토양미생

물 일종으로 여러 식물에서 병을 일으키는 산토모나스(Xanthomonas) 속에 속한 세균종이 식물에 감염될 때 식물

의 면역 기전을 혼란시키기 위하여 분비하는 단백질 일종인 Transcription activator like effectors(TALEs)가 있

어 원하는 유전자 위치를 찾으면 절단 특이성이 증가된 Fok I으로 이중나선절단을 만들어 유전자의 삽입이나 제

거를 할 수 있다.

(출처 : Zinc Finger Consortium)

A B

(출처 : 툴젠 기술소개)

C

그림 3-6-23 ZFNs (A, B)와 TALENs (C)의 모식도

(다) RNA-guided Cas nucleases [clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR/Cas(CRIS-

PR-associated) or RNA-Guided ENdonucleases, RGENs]

RNA 안내 DNA 핵산분해효소 기술은 가장 최근에 개발된 제3세대 유전자 가위로 불리는 기술로 기본 원리는

원핵생물이 외부 유전자인 플라스미드(plasmids)나 파아지(phages)에 저항하는 일종의 획득성 면역 기전(acquired

immunity)이다. 즉 대장균과 같은 세균에 박테리아파아지가 감염하여 파아지 유전자 이중 나선 DNA가 대장균

내로 들어오면 핵산분해효소인 Cas 단백질의 작용에 의하여 외부 DNA가 24-48 염기 크기로 잘려서 반복적으로

세균의 DNA에 끼워 들어가 Cas(CRISPR-associated genes) 와 CRISPR repeat-spacer arrays 상태로 존재하다

다시 동일한 외부 DNA가 들어오면 이를 인식하여 분해시키는 기전을 변형하여 인위적으로 CRISPR 구조의 유전

자 파편을 사용하는 방법이다. 아래 (그림 3-6-24)의 A와 같이 cas 유전자와 유전자변형을 원하는 특정 유전자의

DNA 염기 서열을 일부분을 CRISPR repeat-spacer arrays 시스템에 맞추어 디자인 한 후 세포 내에서 특정 염

기 서열 핵산분해효소인 Cas 단백질의 발현과 특정 DNA 염기서열 반복 부분이 target-specific RNA(crRNA)와

tracrRNA로 RNA 전사가 되면 아래 (그림 3-6-24)의 B와 같이 특정 유전자(Target DNA) 위치에서 DNA-RNA

부분 이중나선구조가 형성되어 Cas9의 효소 작용으로 DNA 이중나선절단이 이루어진다. 이렇게 DNA 이중나선

절단이 일어나고 주변에 특정 외부 DNA가 다량 존재하면 세포 내 DNA 복구시스템이 작동하여 비상동적 말단결

합과 상동적 재조합 과정을 통하여 원하는 유전자를 삽입하거나 제거할 수 있다. CRISRPR/Cas 방법은 ZFNs나

TALENs보다 더 정확한 유전자 위치에서 이중나선 DNA 절단을 유도하여 비상동적 말단 결합이나 상동적 재조

합 기전 작용에 의하여 유전자재조합 효율을 높일 수 있는 방법으로 최근에 활발히 개발, 이용되고 있는 기술이다.

A

B

(출처: 툴젠 기술 소개)그림 3-6-24 CRISPR/Cas 구조 및 작용 모식도

제4절 동

물

제6장

제1장

3부

325324 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

(2) 수정란으로의 재조합 유전자 이식기술

효율적인 GM동물생산은 재조합 유전자를 가진 단일 세포수준이 아닌 완전한 생명체로서 모든 세포와 조직 내

에서 재조합된 유전자를 효과적으로 발현하고, 후대에도 변형된 유전형질이 전달되어야 한다. 이를 위해서는 재조

합된 유전자를 수정란으로 이식하여 배발달 과정에서 개체의 모든 세포에서 발현이 조절되게 해야 하는데 현재 사

용되는 재조합 유전자 이식기술로는 전핵미세주입방법, 체세포 핵치환 방법, 줄기세포 활용방법, 정자 매개 방법

과 바이러스 매개 유전자 이식 방법들이 있다. 이 방법들은 아직도 단점이 존재하지만 효율성을 높이는 기술로 발

달시켜 활용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.

(가) 전핵미세주입방법 (pronuclear injection)

전핵 미세주입방법은 미세조작기(microinjector)를 사용하여 수정 직후의 수정란 전핵에 재조합유전자를 주입

한 후 수정란을 대리모 동물의 난관이나 자궁에 이식하여 태어난 신생동물(산자)들 중에서 외래유전자가 발현되는

형질전환동물들을 선별하여 재교배하는 방법으로 GM동물을 만든다.

(나) 체세포 핵치환 방법(somatic cell nuclear transfer, SCNT)

1997년 영국의 월머트(Wilmut) 등이 복제 면양 ‘돌리’를 탄생시킨 성공 이후 대부분의 포유동물에서 사용 가능

한 기술로 발달된 복제동물 생산기술은 체세포로부터 핵을 분리하고 이를 핵이 제거된 수정란에 주입한 후 체외배

양 과정을 통하여 얻은 다량의 수정란을 대리모에 이식하여 동일한 유전체를 갖는 복제동물을 생산하는 기술이다.

체세포 핵치환 방법은 복제동물 생산에 사용하는 기술을 활용하여 좀 더 효율적인 GM동물을 생산하고자 개발, 사

용되고 있는 방법이다. (그림 3-6-25)에서 보는 바와 같이 먼저 복제하려는 동물의 귀나 태아 조직 등에서 체세포

를 채취하여 세포 배양과 외래 유전자재조합 과정을 거쳐 목적하는 형질전환세포(핵 공여세포)를 선별한 후 핵을

분리한다. 핵이 제거된 난자에 공여세포에서 분리한 핵을 주입하는 핵치환 방법을 통하여 산자를 생산하므로 공여

세포와 100% 동일한 유전체를 갖는 산자를 효율적으로 얻을 수 있다. 이 기술은 외래유전자를 세포 수준에서 쉽게

유전자재조합을 통한 형질전환세포를 얻을 수 있어 유전자의 과발현(knock-in), 제거(knock-out), 조건적 발현

(Tet-on/off) 및 저발현(knock-down) 등 다양한 GM동물들을 생산해서 대리모의 임신율이 저조하고 임신 중에

유산 및 기형 개체의 출산등 복제효율성이 낮은 단점에도 불구하고 현재 가장 많이 이용되고 있다.

그림 3-6-25 체세포 핵치환 방법(SCNT, somatic cell nuclear transfer) 모식도

(다) 줄기세포 활용방법

하나의 세포에서 무한 증식할 수 있는 자가 재생 능력과 모든 조직의 세포로 분화 가능한 능력(전분화능, plurip-

otency)을 가진 줄기 세포에는 배아를 이용한 배아줄기세포(embryonic stem cells)와 성체에서 혈구세포를 끝임

없이 만드는 골수세포나, 지방조직유래 세포와 같은 성체줄기세포(adult stem cells) 및 분화가 끝난 체세포를 이용

한 만능유도줄기세포(iPS, induced pluripotent stem cells)가 있다. 1997년 미국 위스콘신대학교 톰슨(Thomson)

교수의 연구팀에 의하여 인간의 수정란으로부터 분리·증식된 세계 최초의 배아줄기세포주가 확립되었고, 역분

화 줄기세포 또는 유도만능 줄기세포는 2012년 노벨 생리의학상의 공동수상자인 일본의 야마나카(Yamanaka) 박

사의 연구팀에 의해 확립된 줄기세포주로 분화 능력이 없는 생쥐의 체세포에 최소 4가지 전분화 유도 전사 인자

(OCT4, SOX2, c-Myc, KLF4)를 도입하여 분화능을 가진 줄기세포로 유도되어 확립되었다.

과거에는 줄기세포 유래의 정자와 난자를 생산하여 체외 수정을 통하여 GM복제동물을 만들었으나 최근에는

줄기세포에 직접 특정 유전자를 과발현시키거나 유전자를 제거시킨 유전자변형 줄기세포를 선별한 후 핵치환 복

제 동물 생산기술의 공여세포로 사용하여 GM동물을 생산하고 있다. 다양한 형태의 줄기세포주가 확립되어 세포

의 분화 및 치료 연구에 활용되고 있고, 초기 사람과 생쥐에서 확립된 줄기세포 기술을 바탕으로 수많은 연구자들

에 의해 돼지, 양, 소, 개, 염소 닭 등의 다양한 동물에서 줄기세포주 확립 및 형질전환동물 생산을 위한 연구가 진

행되고 있다.

(라) 정자 매개 유전자 이식방법(sperm-medicated gene transfer, SMGT)

수정과정에서 정자 자체를 유전자 운반체로 사용하는 정자 매개 유전자 이식방법은 주로 전핵을 볼 수 없는 조

제4절 동

물

제6장

제1장

3부

327326 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

류나 전핵미세주입방법의 성공률이 낮은 동물에서 사용되었다. 초기 정자 매개 유전자 이식방법은 형질전환을 위

해 재조합된 외래 유전자(plasmid 상태)와 정자를 섞어 일정 시간 배양한 후 난자와 체외 수정(IVF, in vitro fer-

tilization) 시킴으로 형질전환이 일어나도록 하였고, 최근 개선된 방법으로 미성숙 단계의 정조세포(spermiogo-

nium), 정자세포(spermatid)에 유전자를 이식하여 분화된 정자를 직접 난자의 세포질에 주입하는 방법, 난세포질

내 정자 미세주입(ICSI, intracytoplasmic sperm injection) 방법과 정소에서 분리한 정자 줄기 세포를 이용한 방

법들이 개발되고 있다.

(마) 바이러스 매개 유전자 이식 방법 (virus injection)

유전자재조합 된 바이러스를 직접 수정란에 주입하거나 정소나 난소에 감염시켜 이로부터 생산된 정자나 난자

를 사용하여 GM동물을 생산하게 된다. 또한 바이러스 매개 유전자 이식 방법을 체세포 핵치환 이식 방법에서 공

여세포 생산 또는 줄기세포에서 유전자 이식방법으로 활용하여 유전자 변형 동물 생산의 효율성을 높이고자 하는

노력들이 진행되고 있다.

재조합 유전자 이식

방법장점 단점

전핵미세주입•비교적 간단한 방법

•생쥐에서 비교적 높은 효율(5%)

•고가의 미세주입기 사용

•숙련된 기술 요구됨

•산자수가 적은 중·대동물에서 낮은 효율

•체외수정 시 다정자 침입문제

체세포핵치환 •높은 형질전환 효율(산자의 100%)

•숙련된 기술 요구됨

•형질전환 효율이 높은 체세포주(공여세포)

구축이 어려움

•기형 발생 빈도 높음

•매우 낮은 산자 생산율

줄기세포활용 •유전자 결손(knock-out) 연구 용이 •장시간 소요

정자매개

IVF •미세주입기 사용하지 않음•형질전환 재현성 및 효율 낮음

•체외수정시 다정자 침입문제

ICSI

•높은 형질전환율

•체세포핵치환 대비 용이한 방법

•체세포핵치환 대비 높은 산자생산율

•체외수정 시 다정자 침입문제 극복

•전핵미세주입 대비 복잡한 과정

•정자 내 효율적 유전자 도입기술 요구

•낮은 수정란 발달률

•수정란 손상 최소화 기술 요구

바이러스 매개 •높은 재조합 유전자 이식률

•염색체 내로 무작위적 삽입으로 돌연변이

발생 비율이 높다

•병원성 바이러스 변이 가능성

표 3-6-15 형질전환 동물생산을 위한 재조합 유전자 이식 방법 비교

나. GM동물 연구개발 동향

최근 GM동물 생산에 관한 연구개발 동향은 생산기술의 효율성을 높이려는 연구와 다양한 GM동물을 생산하

여 GM동물의 활용성을 다변화시키려는 연구로 대변된다. 생산기술의 효율성을 높이기 위하여 한 번에 하나의 유

전자만을 변형시킨 후 재교배를 통하여 단계적으로 유전자를 변형시키는 방법에서 두 개 이상의 유전자들을 동시

에 변형시키는 다중유전자변형동물 생산 기술이 개발되었고, 유전자 재조합 성공효율도 획기적으로 증가된 기술

이 개발되고 있다.

(1) GM동물 개발 현황

(가) 다중유전자변환 동물

2008년부터 시작된 다중유전자변형동물을 생산하려는 연구는 2A 펩타이드를 이용한 polycistronic vector를 활

용하여 진행되어 왔는데 주로 이종장기를 생산하려는 연구자들에 의해서 많은 연구가 보고되고 있다. 알파갈 유

전자 적중 세포에 인간면역억제 유전자들을 동시에 삽입하여 발현시키는 것이 현재 세계적 연구의 동향으로, 최

근 연구 동향 분석결과 다중유전자 삽입 기술인 2A 단백질을 사용한 논문의 수가 증가하고 있는 것으로 나왔다.

특히 2011년 호주 Nottle 연구진은 CD39, CD55, CTLA4, Trombomodulin 등의 다중 유전자가 삽입된 형질 전환

돼지를 생산하는데 성공한 이후 다중 유전자 제어 가능을 제시하여 향후 더욱 활발하게 연구 개발이 진행될 것으

로 예상된다.

(나) GM대동물의 생산 기술

1990년대 이전에는 GM동물들이 주로 전핵 미세주입방법 또는 정자매개 이식방법에 의해 생산되었으나, 1997

년 복제동물 돌리의 생산이 성공한 이후에는 전핵 미세주입방법과 복제동물 생산기술이 제일 많이 사용되고 있

다. 복제동물의 생산기술에서도 전형적인 방법인 핵을 제거한 난자에 체세포의 핵을 주입하는 핵이식 기술이 주

로 사용되고 있다.

(다) 유전자 발현이 제거 (knock-out)된 GM동물의 생산

여러 가지 유전자재조합 방법들이 유전자 삽입(knock-in)보다는 유전자 제거(knock-out)에 높은 효율을 보이

는데, 유전자의 knock-in과 knock-out 시도에는 100배 이상의 성공률 차이를 보인다. 전통적인 상동적 재조합

(Homologous recombination)의 knock-out 효율은 0.0001% 미만인 반면 ZFNs는 10,000배 증가한 1 % 정도의

효율을 보이고 가장 최근 개발된 CRISPR-Cas9 방법은 knock-out이나 knock-down에 사용되는 siRNA 시스템

에 더 높은 효율을 보이는 것으로 보고되고 있다.

제4절 동

물

제6장

제1장

3부

329328 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

(2) GM동물 연구 동향

GM동물의 많은 안전성 논란에도 불구하고 응용 분야와 이용 범위가 커 미래 사회에서 고부가가치 창출이 가능

한 분야로 많은 연구와 산업화를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. GM동물의 응용분야 및 이용 범위를 살펴보

면, 크게 가축의 개량, 바이오신약, 질환모델동물생산 및 이종장기 생산용 동물 개발로 나눌 수 있다.

(가) 가축의 개량

고전적인 육종방법에 의한 가축의 개량은 우량형질의 유전적 요인을 선택적으로 선발하기 위하여 20년 이상의

기간이 소요되지만, 유전자변형기술과 복제동물 생산기술이 가축의 개량에 응용된다면 우수한 형질의 가축을 단

기간에 생산할 수 있다. 성장 속도가 빠른 가축, 질 좋은 우유나 고기를 생산하는 가축, 내병성이 증가된 가축, 사

료 효율을 증가시킨 가축의 개발, 사육 시 발생하는 환경오염을 줄일 수 있는 가축 및 고품질의 모(毛)를 생산할 수

있는 양이나 기타 동물들의 개발 등이 시도되고 있다. 많은 연구자들에 의해 근육성장호르몬 유전자발현이나 근육

성장인자의 변형을 통하여 면양, 소, 돼지의 근육의 양과 질을 향상시키려는 노력과 오메가-3 지방산이 함유된 돼

지와 소를 개발하여 고급육을 생산하려는 시도들이 이루어지고 있다. 또한 광우병 유발 원인인 프리온(Prion)을 완

전히 제거한 GM젖소, 라이소자임(lysozyme)을 분비하는 GM염소, 바이러스 백신을 분비하는 GM토끼 등 내병원

성이 강화된 가축이 개발되었고, 우유 알레르기 원인 단백질인 락토글로불린을 분비하지 않는 GM젖소 생산에 성

공하여 고급 우유 생산 가능성을 시사하고 있다.

(나) 유용 생리활성물질 (바이오의약품) 생산

바이오의약품은 생명공학기술을 이용하여 삶의 질을 높이거나 질병의 진단, 예방 및 치료 등에 활용할 수 있는

의약품을 개발하는 분야로, 유전자재조합의약품, 세포배양 의약품, 백신, 유전자치료제, 천연물의약품, 재생의약

품(세포치료제) 등으로 분류되고 있다. 또한 바이오의약품의 범위에는 단백질의약품, 항체의약품, 백신, 바이오시

밀러, 천연물의약품, 유전자 치료제, 혈액제제, 백신, 저분자 의약품 및 중간체, 세포치료제, 줄기세포치료제 등이

포함된다. 국내외 연구자들에 의해 초유 성분인 인간의 락토페린(lactoferin)을 생산하는 GM소를 비롯하여 조혈

촉진인자(erythropoietin, EPO), 백혈구증식인자(hGM-CSF), 성장호르몬(growth factor, GF) 등 유용한 생리활

성 물질을 유즙이나 오줌으로 분비하는 GM가축이 개발되고 있다. 류머티스관절염 치료물질 유전자를 발현하는

돼지와 항암 치료 보조제인 G-CSF를 대량 생산할 수 있는 GM돼지가 개발되었고, 일본에서는 인간의 알부민 단

백질을 혈액으로 분비하는 돼지가 생산되었다. 또한 항산화제를 과발현, 생산할 수 있는 GM닭과 tetracyclin on/

off 시스템을 이용하여 EPO 단백질의 발현을 필요에 따라 발현을 조절 할 수 있는 형질전환 닭도 개발되어 GM동

물을 이용한 바이오의약품 생산 기술이 급격히 발전하고 있다. 또한 바이오의약품으로서 줄기세포는 환자 맞춤 의

약품 개발 가능성으로서 향후 활용범위 및 시장 비중이 확대될 것으로 전망된다.

그림 3-6-26 GM동물로부터 유용생리활성 물질

(다) 질환모델 동물 생산

질환모델동물은 질환의 원인이 되는 유전자의 기능 규명은 물론 발병 기작을 이해하여 치료법 개발을 용이하게

한다. 또한 질환모델동물은 새로이 개발된 치료제의 효과와 독성 및 부작용 검증 과정에도 유용하게 활용된다. 과

거에는 대부분의 질환모델 동물로 쥐를 사용하였으나 설치류는 인간과 해부학적, 생리학적 차이가 커, 인간의 장

기와 유사한 구조를 갖는 돼지를 질환모델 동물로 개발하려는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 병과 연관된 특정

유전자의 과발현(overexpression), 저발현(knock-down), 완전 발현제거(knock-out) 기술들과 Tet-On/Off 시

스템을 이용한 필요에 따라 발현 조절이 가능한 (conditional knock-down 또는 conditional regulation) 방법이 함

께 개발되어 다양한 질환모델동물 개발에 이용되고 있다.

국내에서도 허혈, 재관류 질환모델 돼지와 간암 모델 돼지가 생산되었고, 알츠하이머 질환모델 개 및 당뇨병 질

환모델 원숭이 등이 개발되고 있다. 해외에서는 최신의 유전자 조작 기술인 TALENs와 CRISPR/Cas9을 활용하여

가족성 고콜레스테롤 혈증과 발달성 신경장애 질환 모델 등을 개발하였다.

질환모델동물의 시장 규모는 2013년에 11억 달러였고, 암, 후천성면역결핍증 및 난치성질환 등에 대한 새로운

질환모델동물이 개발됨에 따라 2018년에는 18억 달러 규모가 될 것으로 전망된다. 또한 GM질환모델 동물 연구는

앞으로 의약산업 발전 및 의학적 발전에 크게 기여할 것으로 예상된다.

질환 유전자 조작 동물 생산연도 형질전환기술

헌팅텅질환

(유전병)

Mutant Huntington(HTT) 돼지 2010 전핵미세주입

Mutant Huntington(HTT) 돼지 2010 체세포복제

(다음 페이지 계속)

제4절 동

물

제6장

제1장

3부

331330 2 0 1 5 B i o s a f e t y w h i t e p a p e r www.biosafety.or.kr

제1장

3부

알츠하이머질환

Amyloid precursor protein(APP) K670Nt/M671L

돼지 2009 체세포복제

human mutant Amyloidprecoursor protein(hmAPP)

K670N & V717F개

2013(한국)

체세포복제

중추근육위축증 Survival motor neuron(SMN)+/- 돼지 2011 체세포복제

심혈관질환

Peroxisome proliferator-activatedreceptor(PPAR) -/-

돼지 2011 체세포복제

Endothelial nitric oxide synthase 3(eNO3) 돼지 2009 체세포복제

Catalase(CAT) 돼지 2011 체세포복제

Apolipoprotein CIII(ApoCIII) 돼지 2011 체세포복제

당뇨병

Hepatocyte nuclear factor-1 homeobox A, dominant negative(HNF1dn)

돼지 2009 체세포복제

Glucose-dependent insullinotropicpolypeptide receptor(GIPRdn)

돼지 2010 Lentivirus 매개

Phosphoenolpyruvatecarboxykinase(PEPCK)

overexpression돼지

2012(한국)

체세포복제

kidney and islet of pig to monkeyxenotransplantation

원숭이2013(한국)

이종장기 이식

만성대사질환human 11b-hydroxysteroid dehydrogenase

type 1(h11b-HSD1) overexpression돼지

2013(한국)

체세포복제

망막색소증Rhodopsin, mutant P347L(RHO P347L) 돼지 2005 체세포복제

Rhodopsin, mutant P23H(RHO P23H) 돼지 2012 체세포복제

스타가르트

망막색소세포

퇴행증

Mutant elongation of very long chain fatty acids-4(ELOVL4)

돼지 2011 전핵미세주입 &체세포복제

유방암Breast cancer associated gene 1

(BRAC1) +/-돼지 2011 rAAV 매개 &

체세포복제

간암종양형성유전자 Transforming

growth factors(TGF) & Myc overexpression돼지

2013(한국)

체세포복제

고콜레스테롤

혈증

Low Density Lipoprotein(LDL)receptor gene +/- or -/- 돼지&소 2012 TALENs &

체세포복제

발달성 신경장애

(Rett syndrome)Methyl CpG binding protein 2(MECP2)

deletion Mutants-원숭이 2014 TALENs &

전핵미세주입

표 3-6-16 질환모델 형질전환동물 생산 현황

(라) 이종 장기 개발

인구의 고령화로 인해 장기 질환의 증가와 사고나 질병에 의한 장기나 조직이 손상되는 환자들이 늘어 장기나

조직을 이식해야 할 환자 수는 급격히 증가되었으나 공여 장기는 절대적으로 부족하고 해마다 장기이식 대기자 수

는 증가하는 심각한 수급 불균형이 초래되고 있다. 국내에서는 2014년 자료 기준으로 25,000 명 이상의 환자가 장

기이식을 기다리고 있으며, 평균 이식 대기 시간만 3.5년이 넘는다. 장기이식에 있어 공급 장기의 양적인 부족 문

제와 공여자와 수여자와의 면역적인 불일치로 인한 문제를 해결하는 새로운 대안으로 대체 장기가 요구되어 이종

간 장기이식연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이종장기이식(xenotransplantation)은 동물의 살아 있는 장

기나 조직 또는 세포를 이종 간에 이식하는 것을 의미하며 2005년 미국 하버드 대학교의 야마다(Yamada) 교수팀

이 GM동물의 생산 기술로 만들어진 돼지의 신장을 원숭이에게 이식하여 6개월 동안 생존시킨 연구 결과를 통하여

사람의 대체장기로 이용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 인간의 장기와 크기가 비슷하고 생리학적으로 유사한 미

니돼지는 사육 기간이 짧으며, 한 번에 많은 수의 새끼를 낳을 수 있고, 무균상태로 사육이 가능하여 이종장기 공

여체로 주목받고 있다. 현재 국내외 많은 연구 기관에서 돼지와 원숭이를 이용한 이종장기 전임상실험이 진행 중

으로 이종장기이식에서 발생되는 면역거부반응을 최소화하여 이식된 이종장기가 안정적으로 기능을 수행할 수 있

는 기술이 개발되면 본격적인 이종장기의 시대가 열릴 것으로 기대되고 있다.

구분전체이식대기자 고형장기 이식대기자 이식승인

고형장기 골수, 각막 신장 간장 췌장 심장 폐 생체 뇌사

2012 19,243 3,452 12,463 5,671 603 343 123 2,043 1,941

2013 21,901 4,135 14,181 6,334 715 433 194 1,915 1,868

2014 22,499 4,228 14,615 6,438 752 445 202 1,828 1,739

(출처: 국립장기이식관리센터 http://www.konos.go.kr)

표 3-6-17 국내 장기이식 현황

2. GM동물 개발 현황

가. 국내 GM동물 개발현황

국내 GM동물의 개발은 1987년 사람의 성장호르몬 유전자를 발현하는 유전자발현 생쥐가 개발된 이후 여러 연

구 기관과 대학교에서 GM동물이 생산되고 있다. 실험동물의 장점을 많이 가진 생쥐의 경우에는 질환모델 동물로

수많은 GM생쥐가 만들어졌다. 그러나 질환동물모델로서 생쥐는 인간과 해부학적, 생리학적 차이가 많아 돼지,

개, 원숭이 등의 대동물을 이용한 질환모델이 만들어지고 있다. 농촌진흥청 주관 차세대바이오그린21 사업의 일환

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인 동물바이오신약장기개발사업단에서는 질환동물모델로 허혈/재관류 질환 관련 돼지, 간암모델 돼지를 개발하

였다. 2013년에는 당뇨질환 모델 원숭이 및 알츠하이머 질환 개 모델을 개발하였으며 다른 연구 기관에서도 최신

의 유전자변형기술을 활용하여 다양한 질환모델 동물을 생산하기위하여 노력하고 있다.

또한 GM동물을 이용하여 바이오의약품을 생산하려는 노력의 일환으로 2012년 충남대학교에서 류머티스관절

염 치료물질인 TNF-α receptor inhibitor 유전자를 발현하는 GM돼지를 생산하였고, 형질전환 유전자의 발현 여부

및 바이오의약품 물질 분리정제의 표지가 되는 해파리의 형광유전자(GFP, Green Fluorescence Protein)를 발현하

는 닭, 돼지, 한우 등이 개발되었고, 여러 가지 유용한 생체 내 활성 물질을 생산하려는 바이오리엑터(bioreactor)

개발 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근 국내 연구자들은 이종장기를 생산할 수 있는 미니 GM돼지를 개발하려는 데 집중적으로 노력하고 있다. 인

간의 장기와 유사한 크기 및 생리적 특성을 지닌 돼지로부터 이종장기를 얻기 위해서는 인간과 돼지 사이에 발생

하는 면역거부반응을 해결해야 한다.

이종장기이식에서 발생하는 면역거부 반응에서 반응발생 시간별로 초급성 면역거부반응(hyperacute rejection,

HAR), 급성면역반응(acute rejection, AR)으로 분류되는데, 장기를 이식할 때 24시간 내에 일어나는 면역거부 반

응을 ‘초급성 면역거부’라고 한다. 초급성 거부 반응 조건을 제거하지 않으면 돼지 장기를 이식하자마자 환자가 죽

게 되므로 면역거부반응에 관여된 여러 가지 항원들을 제거함으로써 장기이식 환자의 생존 시간을 연장시킬 수 있

다. 초급성 면역거부반응은 인간을 비롯한 영장류에 존재하는 자연항체(XNAs)가 이식공여돼지 장기 표면에 존재

하는 단백질 알파갈(aGal-T, a1,3-galactosyl transferase)을 항원으로 인식하여 일어난다. 이 문제를 극복하는

방법은 장기공여 미니돼지에서 ‘알파갈’ 유전자를 제거(knock-out)하는 것으로 2009년에 태어난 지노(Xeno)는 미

국에 이어 세계 두 번째, 국내 최초로 알파갈이 제거된 장기이식용 미니 복제돼지이다.

초급성 면역거부 반응을 극복하는 다른 방법은 알파갈 항원과 수여자의 자연항체가 결합된 항원-항체 결합으로

활성화되는 보체(complement) 활성을 억제하는 것이다. 알려진 보체활성억제인자(CIP, complement inhibitory

proteins)로는 CD46(MCP, membrane cofactor protein), CD55(DAF, decay accelerating factor)와 CD59(pro-

tectin) 등의 세포막 단백질(membrane-bound regulator)이 있는데 이식 장기의 혈관내피세포에서 보체활성억제

인자의 유전자를 과발현시켜 초급성면역거부 반응을 효율적으로 억제하려는 시도들이 수행되고 있다.

2010년 국립축산과학원이 개발하여 ‘믿음이’이라고 명명한 GM돼지는 항원인 알파갈 유전자는 제거하고 보체활

성인자 일종인 MCP 유전자를 과발현시켜 초급성면역거부반응을 극복한 1세대 이종장기용 GM돼지다. 장기 이식

후 수일 이내에 나타나는 급성면역거부반응은 응고병증 세포 매개성 거부반응으로 면역거부반응에 관여된 유전자

들, CD39, tissue factor pathway inhibitor(TFPI), Thrombomodulin, CD47, human leukocyte antigen-E(H-

LA-E), UL16 binding protein-1(ULBP-1), CD73, 등 중에서 최소한 하나 이상의 유전자를 과발현시켜 급성면

역거부 반응을 극복할 수 있는데 2011년 국립축산과학원에서 개발한 ‘소망이’라는 GM돼지는 α-1,3-gal 유전자를

제거하고, CD73 유전자를 과발현시켜 초급성면역거부반응과 급성면역거부반응이 일어나지 않도록 형질전환된

돼지다. 또한 2013년 건국대학교 김진회 교수 연구팀은 α-1,3-gal 유전자와 급성 이식 거부반응을 야기하는 물질

인 Non-Gal antigen(비알파갈)의 주 원인 유전자인 Neu5Gc(글리콜뉴라민산)을 제거한 미니 복제돼지를 생산하

였다. 미국, NIH에서는 2014년 알파갈 유전자 제거(aGal-T KO) 및 인간의 보체활성억제인자 유전자 hCD46과

hTBM를 knock-in하여 과발현시킨 돼지의 심장을 영장류에 이식했을 때 1년 이상 생존하였다는 연구 결과를 보

고함으로써 머지않아 이종장기가 인간에게 이식 가능할 것으로 전망된다.

연도 개발기관명 가축 주요 내용

2013 국립축산과학원 닭 3D8 scFv 유전자 변형 바이러스 질병저항성 닭

2013 건국대학교 돼지 Rag 유전자 변형 면역억제 형질전환 돼지

2013 충북대학교 소 형광표지 유전자 GFP 발현 형질전환 소 생산

2013 충남대학교 돼지 TNFr-Fc 융합 항체단백질 생산용 형질전환 돼지

2013 충북대학교 돼지 만성대사질환 모델 형질전환 돼지

2013 강원대학교 돼지 간암 모델 돼지

2013 대구가톨릭대학교 닭 인간의 조혈 단백질 EPO을 생산하는 형질전환 닭

2013 (재)수암생명공학연구원 개 알츠하이머 질환 모델

2013 건국대학교 돼지α1,3-gal 과 Neu5Gc 두 개의 유전자가 제거된

이종장기이식용 형질전환 돼지

2013 경상대학교 돼지 동결보존된 피부조직 유래 줄기세포를 사용한 복제 돼지

2014 충북대학교 돼지테트라사이클린 (Tetracycline, Tet)에 의한 조건적

외부 유전자 발현 조절 [Tet-On/Off] 형질전환 돼지

2014 국립축산연구원 돼지이종장기이식용 복합형질전환 돼지

(GalT-(hDAF+hCD39+hTFPI+hC1 inhibiotr+hTNFAIP3)/+)

2014 충북대학교 돼지 형광표지 유전자 GFP 발현 형질전환 돼지 생산

2014 서울대학교 닭TALENs 방법으로 난백단백질인

오브알부민(ovalbumin) 유전자가 제거된 형질전환 닭

2014 건국대학교 돼지 ‘사람 줄기 세포 분화’ 면역결핍 형질전환 복제 돼지

표 3-6-18 국내 형질전환 가축의 개발 현황

나. 국외 GM동물 개발 현황

1990년대부터 GM동물의 상업화가 가능하다고 예상한 생명공학 관련 회사들을 중심으로 다양한 GM동물들이

개발되고 있다. 과거 20여 년간 대부분의 연구자들은 가축의 개량, 유용 생리활성 물질의 대량 생산 및 질환모델동

물을 생산하는 목적으로 GM동물을 개발하였다. 2000년대부터 시작된 이종장기 이식 가능성으로 현재는 면역거

부반응을 극복하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

미국은 1981년 세계 최초로 GM동물을 개발하여 전 세계에 있는 수천 종의 GM동물 중 약 50%를 보유하고 있

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다. 이제까지는 다양한 질환모델동물을 개발하였으며, 이종장기 생산용 GM돼지의 생산과 이종장기 이식분야 연

구를 주도하고 있다. 조지아대학의 연구팀은 2010년에 세계 최초로 돼지의 유도만능줄기세포를 이용하여 형질전

환 키메라(chimera) 돼지를 생산하였다. 캘리포니아 대학에서는 인간의 라이소자임 유전자를 과발현시키는 염소

를 생산하여 상업화를 추진하고 있다. 2012년 텍사스 A&M 대학에서는 근육성장 조절인자와 Myostatin 유전자

를 소형RNA(siRNA) 방법으로 발현 감소(knock-down)시킨 소를 개발한 결과 GM소의 육질과 육량이 높아졌다

고 보고하였다. 2014년 미국 국립보건원 산하의 심장, 폐, 혈관연구소(NHLBI)에서는 면역거부 반응에 의한 혈액

응고를 막기 위하여 α-1,3-gal 유전자가 제거된 GM돼지의 보체조절 유전자 또는 Thrombomodulin 유전자를

과발현시킨 후 심장을 원숭이에게 이식하고 면역억제제를 투여하였을 때 보체조절 유전자 과발현 그룹은 평균 생

존기간이 21일에서 80일이었고 혈액응고를 감소시키는 Thrombomodulin 유전자를 과발현시킨 그룹은 원숭이에

따라 이식 후 150일에서 500일 이상 생존하였다는 연구 결과도 보고하였다. 또한 매사추세츠 종합병원 연구진들

은 ‘알파갈’을 제거한 GM돼지 유래 피부를 화상으로 손상된 원숭이 피부에 이식하여 이종 이식 시 발생하는 면역

거부반응이 동종 이식을 하였을 때와 유사한 결과를 보고함으로써 화상 환자들의 피부 이식에 이종 피부 이식 사

용 가능성을 기대하고 있다.

영국의 케임브리지 대학과 로슬린연구소는 조류독감 저항성 GM닭을 생산하여 특허를 출원하고 상업화를 시도

하고 있다. 일본의 나고야 대학에서는 GM조류 생산 성공률과 효율성을 향상시키기 위하여 정자와 원시생식세포

매개의 GM닭을 생산하였고, 향상된 프로모터를 사용하여 사람의 조혈인자인 EPO(Erythropoetin)를 대량 생산 분

비하는 GM닭을 생산하였다. 최근 가고시마대학에서는 광우병을 유발하는 프리온 발현을 억제시킨 GM젖소를 개

발하였고, 도쿄대 연구팀은 유전자변형기술로 췌장이 없는 돼지를 생산하고 그 태아로부터 체세포를 채취하여 복

제 기술을 이용하여 배아를 만들었다. 이를 정상적인 돼지 배아의 할구를 삽입시켜 키메라 배아를 만든 후, 대리모

에 이식하여 생산한 돼지에서 정상적인 췌장이 만들어지게 하는 기술 개발에 성공하여 재생의료용 인간의 장기를

동물의 체내에서 생산할 수 있는 연구의 기초를 마련하였다고 평가된다.

중국에서도 국가적 지원과 사회적 지원 아래 GM동물생산 연구가 활발히 진행되고 있다. 2010년에 세포와 기관

에 지방이 축적되는 유전병인 가우처(Gaucher)병의 치료물질 acid beta-glucosidase를 분비하는 GM염소를 개발

하였고, 인간의 락토페린을 과발현하는 GM젖소, 오메가3 지방산 또는 인간 라이소자임을 과발현하는 GM돼지 생

산에 성공하였다. 2012년 지린대학에서는 인간 지방대사에 중요한 유전자 Apolipoprotein을 과발현하는 GM돼지

를 생산하였고, 2014년에는 Methyl-CpG binding protein2(MeCP2) 유전자를 돌연변이시켜 제거한 원숭이에게

서 발달성 신경이상을 보고하였다.

독일을 비롯한 호주, 캐나다, 뉴질랜드 등의 여러 국가에서도 장기이식용 GM돼지를 안정적인 기술로 생산하고

있으며, 유용 생리활성 물질의 대량 생산이나 GM동물생산의 효율성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 특

히 뉴질랜드의 농업연구소는 siRNA 방법을 이용하여 우유의 알레르기 성분인 락토글로불린은 분비하지 않고, 카

제인은 두세 배 많이 분비하는 GM젖소를 생산하였다.

3. GM동물 상업화 현황

1980년대 초, 단순 세포의 유전자재조합기술이 상업화로 이어지면서 고등동물을 이용한 인간에게 유용한 치료

용단백질 생산방법이 개발되었고 복제 동물 생산기술과 줄기세포 연구가 급격하게 발전되어 수많은 종류의 형질

전환동물들이 개발되어 상업화하려는 시도들이 이루어지고 있다. 미국의 바이오벤처 회사인 GTC사는 2008년에

사람의 항혈액응고제(antithrombin III)를 산양의 젖으로부터 분리 정제할 수 있는 형질전환 산양 생산에 성공하

여 2010년에는 정부의 허가를 받아 GM동물로부터 분리 정제한 항혈액응고제를 상품화하는데 성공하였다. 이처

럼 GM동물을 이용한 바이오신약생산 기술은 사회적으로 커다란 거부 반응 없이 받아들여지고 있으며, 무균미니

돼지로부터 생산되는 이종장기도 면역거부 반응 문제를 개선 극복하여 머지않아 상업화가 될 것으로 예상되고 있

다. 반면 형질전환 동물들을 이용하여 성장 속도가 빠른 가축이나 고급 우유나 고급육을 생산하는 가축 및 내병성

이 증가된 개량 가축의 경우에는 안전성이 완전히 증명되지 않아 상업화하는데 많은 어려움에 직면하고 있으며, 많

은 연구비와 노력을 들여 개발에 성공하였지만 상업화에 실패하여 폐기되는 경우도 있다.

돼지의 배설물에 포함된 인은 주요 환경오염원으로 알려져 가축의 대량 사육 시 나오는 배설물을 처리하는데 많

은 어려움이 있다. 환경오염 문제를 해결하려는 노력으로 미생물의 인분해효소(phytase)의 유전자를 과발현하는

GM돼지, ‘Enviropig’를 캐나다 연구진이 개발하였다. 이 GM돼지는 섭취한 사료에 함유된 인을 효율적으로 분해하

여 인의 자체 흡수는 물론 배설물에서도 감소되어 환경오염을 줄이는 효과가 증명되어 캐나다 정부로부터 사육허

가 및 특허권을 확보하고 이 GM돼지의 생산물을 식품으로 상업화하려는 시도를 하였다. 그러나 GMO를 반대하는

사회단체의 극렬한 반대와 시민사회의 반대여론으로 투자자를 구하는 데 실패하여 상업화를 포기하고 개발된 GM

돼지는 안락사시킨 사례가 있다. 그러므로 향후 국내외에서 GM동물을 상품화하기 위해서는 철저한 안전성 검증

을 통하여 대중적인 지지를 얻어야 할 것이다.

4. 향후 전망

GM동물의 개발은 기존 동물의 이용 효율을 획기적으로 극대화시켜 인류의 복지 증진은 물론 산업적으로 활용

도가 높을 것으로 예상되어 국내외의 많은 연구자들에 의해 연구 및 기술이 개발되고 있다. 미국의 국가조사위원

회(NRC, National Research Council)와 식품의약국(FDA, Food and Drug Administration)에서 정상적인 동물과

형질전환 동물로부터 유래된 제품들에 어떠한 차이점도 존재하지 않는다고 보고한다. 여러 가지 형질전환동물의

상업화를 허용하였으나 GMO 반대 사회단체와 시민단체에서는 GMO 사용을 격렬하게 반대하고 있다. 앞서 언급

한 Enviropig의 상업화 포기와 안락사는 막대한 자금을 투자한 투자자와 연구 노력을 수행한 연구자에게 커다란

피해를 줄 수 있다. 그러므로 GM동물의 효용 가치 창출도 중요하지만 정부와 산업체 및 연구자들의 GM제품의 안

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전성 연구에 많은 노력이 필요하다.

많은 안전성 논란에도 불구하고 GMO의 생산과 상업화가 지속되고 있고, GM작물의 경우 국내에서 재배되지는

않지만 많은 양의 GM곡물이 가축사료 및 가공용으로 수입되어 이미 사용인 것처럼 GM동물의 생산 기술 개발은

생명공학기술 발달과 함께 국내외적으로 빠르게 발전될 것으로 전망된다. 특히 일반 시민의 안전성 논란 및 상업화

합의와 비교적 거리가 먼 질환치료연구용 GM동물모델 개발과 이종장기 생산용 미니무균돼지의 개발은 미래 고부

가가치 산업으로 예상된다. 이에 국내 GM동물의 생산 기술이 세계시장을 선점하기 위하여 정부의 장기적인 목표

설정과 정책 지원이 절실히 요구되며, 학계와 산업계에서 기술 개발을 수행하는 연구자들도 학문 영역 간의 상호

협조를 통한 공동연구를 수행하여 효율적인 기술 개발이 이루어져야 한다고 사료된다.

곤충은 동물의 분류상 절지동물문 곤충강에 속하는 생물로서 현재까지 기록된 곤충 종수는 약 80만 종에 달하고

지구상 전체 동물 수의 약 4분의 3을 차지하고 있다. 더욱이 미기록 종까지 포함하면 곤충은 약 300만 종에 이를 것

으로 추산되고 있다. 이렇듯 지구상 대다수를 차지하는 곤충은 인류의 생존과 밀접하게 연관되어 있는데, 인류 식

량의 90%를 차지하는 100대 농작물의 71%가 꿀벌의 꽃가루받이에 의존해 생산물을 수확하고 있다. 또한 곤충으로

부터 인류가 얻는 혜택은 다양한데, 꿀벌의 꿀과 누에의 실크뿐만 아니라 선인장에 기생하는 빨간 연지벌레로부터

얻는 화장품 재료인 천연염료, 깍지진딧물로부터 얻는 셀랙(Shellac)이라는 상업 도료의 주원료와 곤충의 표피 구

성 물질인 키틴을 이용한 항응고제 등 인류는 곤충으로부터 무궁무진한 혜택을 얻고 있다.

한편으로는 가속화되는 지구온난화로 말라리아, 뎅기열과 같은 세계적으로 가장 치명적인 전염병이 모기와 같

은 곤충을 통해 전염되고, 몸 안에 바이러스, 박테리아, 원생동물 등 병원미생물을 지니고 있다가 인간과 가축에게

병을 일으키게 하는 파리나 바퀴벌레 같은 위생곤충뿐만 아니라, 농작물을 갉아먹거나 병들게 하는 다양한 해충들

에 의해 인류의 건강이 위협받거나 경제적인 손해를 끼치는 피해를 주기도 한다.

곤충은 동물이나 식물에 비해 매우 짧은 생활사와 상대적으로 간단한 유전체 구조를 지니고 있어 오랫동안 유전

학 및 유전체 연구 재료로 사용되고 있으며, 인간 또는 가축 간 공통 병원(pathogen)이 존재하지 않아 재조합 단백

질 생산을 위한 훌륭한 생체반응기(Bioreactor)로서 인정되어 국내외에서 GM곤충 개발이 활발하다.

최근의 GM곤충 개발 동향은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

첫 번째는 곤충 특유 기능을 이용해서 인간과 가축 치료용 단백질과 산업용 단백질 등의 유용물질을 대량 생산

하기 위한 것으로서 한국과 일본의 형광실크 GM누에 연구가 대표적이다. 형광실크 GM누에 연구는 현재 여러 가

지 형광색이 융합된 하이브리드 실크를 생산하는 GM누에 계통이 완성단계에 이르렀으며, 개발된 GM누에의 환경

방출시험을 포함하여 GM누에의 안전성 및 위해성평가에 관한 연구가 진행되는 등 개발한 GM누에의 상업화단계

진입을 위한 관련제도 정비를 위한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 거미줄 GM누에의 연구가 미국과 일본 등에서

활발한데, 거미실크를 생산하는 GM누에를 개발하고 하이브리드 거미실크를 사용하여 내구성이 높은 직물, 방탄

복, 의료섬유 등을 제작을 시도하고 있으며 상용화 단계에 이르렀다고 주장하고 있다.

두 번째 GM곤충 개발 방향은 인간과 가축에게 질병을 매개하거나 농작물에 피해를 주는 해충을 방제하기 위한

연구로서 해충에게 치사유전자를 도입하고 다음 세대에 유전되게 하여 자연 상태에서 성충이 되기 전 죽거나 불균

형 성비를 만들게 함으로써 해충의 밀도를 조절하는 방식이다. 대표적인 사례가 GM모기 연구로서 모기 X염색체

를 절단시켜 후대에서는 수컷만 생산하여 해충 개체수를 조절하려 하고 있다. 현재 GM모기 연구는 개발 단계를 넘

어 브라질, 파나마 등 격리된 환경 조건에서의 대규모 야외방출실험이 이루어지고 있으며, GM모기의 야외방출에

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대한 해충 방제효과를 두고 개발사와 환경단체의 이견이 지속되고 있는 실정이어서 빠른 시일 내 GM모기의 판매

승인은 쉽게 이루어지지 않을 것으로 보인다.

1. GM곤충 연구개발 동향

가. 국내 GM곤충 연구개발 동향

(1) 농촌진흥청 GM누에

2009년부터 농촌진흥청은 누에의 견사선(silk glands)을 활용하여 인간과 가축에 사용할 수 있는 단백질의약품

과 산업용 단백질을 저렴하게 대량 생산할 수 있는 생체반응기(bioreactor)로 활용하고자 GM누에 연구를 진행하고

있다. 현재까지 실용형질이 우수한 농가보급형 누에 계통을 대상으로 형질전환누에 제작을 위한 우리 고유의 원천

기술이 구축되었다. 이를 통해 천연의 형광단백질과 실크가 융합된 하이브리드 실크를 생산하는 GM누에가 개발

되고 있다. 최근에는 가축 면역 증강용 사료첨가제 개발을 위하여 면역단백질을 생산하는 GM누에 개발 연구가 진

행 중이다. 이와 함께 개발된 GM누에로부터 얻을 수 있는 기능성 부산물의 산업적 이용과 GM누에의 농가 보급을

통한 농가수익 증대를 위하여 국가 차원의 GM누에 안전관리체계 및 위해성 연구를 수행하고 있다. 이러한 일련의

농촌진흥청 GM누에 개발동향에 대하여 자세히 설명하고자 한다.

① 형광실크 GM누에 개발

누에는 나비목 누에나방과에 속하는 곤충으로서 알에서부터 누에나방이 되어 다시 알을 낳고 한 세대를 마친다.

누에는 1년에 한 번 발생하는 1화성(voltinism)과 두 번 발생하는 2화성, 그리고 여러 번 발생하는 다화성(multi-

voltism)이 있는데, 우리나라 잠업농가에서 사육하는 누에는 모두 2화성 계통을 사용하고 있다. 다화성 누에 계통

은 열대나 아열대 지역 환경에 적응한 계통으로서 2화성 누에 계통과 비교할 때 누에의 강건성과 고치의 무게 등

경제적 실용형질이 매우 열악하다. 그럼에도 불구하고 누에 형질전환 연구에 다화성 계통이 연구재료로 사용된 이

유는 다화성 누에 계통은 휴면에 들어가지 않고 연중 실내사육이 가능하기 때문이다. 이에 반해 실용형질이 우수한

2화성 누에 계통은 산란 후 휴면에 들어가기 때문에 인위적으로 휴면을 깨기 위한 염산액 처리를 해야 하는데 형

질전환 유도를 위한 DNA 운반체 미세주사로 생겨난 누에알의 구멍으로 염산액이 침투하여 누에가 죽게 된다. 이

러한 이유로 이전까지의 일본을 중심으로 진행된 누에 형질전환 연구는 휴면 탈피를 위해 염산액 처리가 필요하지

않은 다화성 누에 계통에 제한적으로 진행해왔다(그림 3-6-27).

2화성(좌)과 다화성(우) 누에고치 2화성(진한 녹색)과

다화성(연한 녹색) 고치 무게

21.56

(100%)1.22

(100%)

0.34(100%)

0.78(50%) 0.67

(55%)

0.12(35%)

1.5

1

0.5

0누에고치+번데기 번데기 누에고치

Wei

ght(

g)

그림 3-6-27 2화성 및 다화성 누에고치

2011년 농촌진흥청 잠사양봉소재과에서는 실용형질이 우수한 농가 보급용 누에를 대상으로 하여 GM누에 제

작 원천기술을 개발하였는데, 여기에는 누에 화성에 직접 영향을 끼치는 알 시기의 온도, 조명 등 사육환경을 제

어함으로써 누에 알 휴면란을 비휴면란으로 특성을 변화시켰으며, 효과적인 누에알 미세주사 위치를 규명하여 형

질전환을 이전 10%에서 평균 42%로 대폭 향상시켰다. 또한, GM누에 제작 효율과 단백질 발현 효율을 높이기 위

해 고발현 유전자 프로모터(bHsp70, pFibH5-1 등) 및 인헨서(HR3)를 개발하여 GM누에 제작 시스템을 구축하

고 있다(그림 3-6-28). 최근까지 구축된 piggyBac 시스템을 사용하여 녹색(EGFP), 황색(EYFP), 적색(mKate2)

및 청색(BFP, EBFP2, TaqBFP, AmCyan1)의 형광고치 GM누에 계통이 개발되었고 순수 계통을 수립하고 있다.

미세주사 위한 누에알 누에알 미세주사 위치 누에알 미세주사장치

그림 3-6-28 GM누에 개발 위한 누에알 미세주사 위치와 미세주사장치

형광 누에고치를 생산하는 GM누에 제작과정에서 각각의 형광유전자가 도입된 GM누에는 누에알에 전이벡터

를 미세주사한 후 누에알 시기에 발생 눈과 신경조직, 유충과 번데기 그리고 성충 시기에는 눈에서 녹색 형광단백

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질 발현되는 것의 확인이 쉽도록 3xP3 유전자 프로모터와 EGFP 유전자마커를 사용하여 GM누에 개체를 선발하

였다. 이후 각 GM누에로부터 게놈 유전자를 분리하여 inverse PCR 방법으로 형광단백질 유전자의 누에 염색체

내 도입된 위치를 검정하여 형광단백질 발현이 우수한 GM누에 개체를 선발, 육종하여 모두 8세대까지 우수한 형

질을 갖는 GM누에 계통을 육종하고 있다(그림 3-6-29).

그림 3-6-29 농촌진흥청 GM누에 형광고치

GM누에 형광고치를 기능성 의류, 액세서리, 산업용 기능성 소재 등으로 활용하기 위해서는 실크를 감싸고 있

는 세리신을 제거하고 원사 제작과정인 고치건조, 자견(고치삶기) 및 정련(불순물 제거) 과정 등 실켜기 공정이 필

요하다. 특히, 이들 GM누에고치는 기존 방식인 100℃ 정도의 고온에서 고치삶기를 진행하기 되면 피브로인에 융

합된 형광단백질의 심각한 변성을 초래하게 되어 형광 특성이 사라지게 된다. 따라서 개발된 GM누에 형광고치

에 맞는 실켜기 기술의 개발이 필요하다. 농촌진흥청은 충청북도 농업기술원과 협력하여 형광고치의 특성을 그대

로 유지하며 실켜기 할 수 있는 GM누에 형광고치 건조 조건, 저온 감압에 의한 자견 조건을 개발하였다. GM누에

형광고치의 건조 조건은 55~60℃의 저온에서 15시간 열풍 건조했을 때 형광고치 고유의 색이 유지되었고, 자견

조건은 세리신의 팽윤과 연화 작용을 돕는 침지액을 60℃까지 가온한 후 GM누에 형광고치를 20분간 침지하고,

-620mmHg 조건의 감압장치에서 1~5분간 감압상태로 두어 고치가 팽창되게 한 후 5~10분간 서서히 감압을 풀

어주면 고치 속으로 침지액이 원활히 침투하게 된다. 이러한 방식으로 감압과 복압을 3회 반복하면 고치 속으로 침

지액 침투율이 100%에 이르게 된다. 감압 처리에 의한 침지액이 침투된 GM누에 형광고치는 감압기에서 꺼낸 후

침지액의 제거를 위해 수돗물에 10~20분 세척한 후 조사기계(고치에서 실을 뽑는 기계)를 통해 형광실크 원사를

뽑아낼 수 있다. 이렇게 생산된 GM누에 형광실크 원사는 특정 파장의 빛을 조사했을 때 뚜렷한 녹색형광을 유지

하였으며, 형광실크 원사를 사용하여 스카프, 넥타이, 블라우스, 전등갓 등 시제품을 제작하였다(그림 3-6-30).

그림 3-6-30 GM누에 녹색형광실크 원사와 시제품들

② 면역펩타이드 생산 GM누에 개발

2006년 유럽연합(EU)을 시작으로 전 세계적으로 가축 성장촉진용 항생제 첨가에 대한 단계별 사용금지 조치 등

항생제 사용에 대한 규제가 강화되고 있으며, 우리나라도 2004년도 농림부의 ‘항생제 등 항균 물질 사용 절감 방안’

수립에 따라 2011년 7월 이후부터는 가축 성장촉진용 항생제 사용을 전면 금지하고 있다. 가축 성장촉진용 항생제

의 사용 감축에 따른 경제적, 환경적 부담이 증가하고 있는데, 축산농가의 가축 생산비 증가에 따른 소비자의 경제

적 부담과 사료 효율의 저하에 따른 가축 분뇨 N, P 배출량의 증가 우려가 있다. 또한 성장촉진용 항생제 사용 전

면 금지 시 가축질병 발생 및 폐사로 인해 치료용 항생제의 사용량이 급격히 증가함으로써 대장균 등에 의해 발생

하는 설사, 괴사성 장염 등의 질병 치료를 위해 테트라사이클린(tetracycline) 등의 인수공통항생제 사용 비중이 증

가하여 내성 피해가 크게 증가할 우려가 제기되고 있다. 따라서 항생제 내성에 대한 우려가 없는 새로운 작용기작

을 갖는 효과적인 항생제 대체제 개발이 절실히 요구되고 있다.

곤충은 불량환경에서 오랜 진화 기간을 통해 자기방어를 위해 누에신, 엠보신, 코프리신, 파필리오신, 갈리오마

이신 등 강력한 항균물질을 보유하고 있으며 이들 항생펩타이드는 내성 및 부작용이 없어 화학항생제를 대체할 수

있는 천연항생제 개발 소재로써 주목받고 있다. 최근에는 누에를 포함한 다수의 곤충으로부터 다양한 항생펩타이

드 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 항생펩타이드를 대장균, 베큘로바이러스 등 다양한 발현계를 이용하여 대

량 생산하기 위한 연구가 시도되고 있으나 산업적 단계에는 도달하지 못하고 있다.

농촌진흥청은 2012년부터 기존 가축용 면역증강용 항생제를 대체할 GM누에 천연 사료첨가제 개발 연구를 추

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진하고 있는데, 이는 누에의 선천성 면역기전을 이용한 항생펩타이드 대량 유도 기술의 개발과 함께 형질전환 기

술을 이용하여 GM누에를 개발하고 항생펩타이드를 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 기술이다. 현재까지 항

균펩타이드 생산용 GM누에 개발을 위해 BmRelish1, BmCecropinB1,멜리틴을 생산하는 GM누에 제작과 순수 계

통 수립을 위한 연구가 진행되고 있다.

BmRelish1 GM누에는 형질전환누에 원천기술을 사용하여 누에 유충 온몸에서 누에 유래 항균펩타이드인 Bm-

Relish1 전사인자가 과량 발현하도록 개발된 것이다. 누에는 병원균이 체내에 침입하게 되면 체액성 면역반응으

로 여러 종류의 항균펩타이드를 대량 생산하여 대응하는데, 이들 항균펩타이드들의 발현은 BmRelish1 전사인자

에 의해서 조절되기 때문에 특정한 항균펩타이드만을 생산하는 데 비해 BmRelish1 전사인자의 발현을 향상시킴으

로써 다양한 항균펩타이드의 발현을 유도할 수 있다고 알려졌다. 현재 형매교배(sib mating)를 통해 5세대(G6)의

BmRelish1 생산 GM누에 계통을 보유하고 있다(그림 3-6-31).

멜리틴은 봉독의 50% 이상을 차지하는 주요 성분으로서 항균, 항생, 용혈, 혈압강화, 통증완화, 세포재생, 면역

증강 및 혈관확장 활성의 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 멜리틴 GM누에는 과량의 멜리틴을 생산하기 위하여 누

에 fibroin heavy chain 유전자에 멜리틴의 활성 아미노산을 반복하여 도입한 것으로써 GM누에 유충의 혈림프로

부터 항균력을 분석한 결과 개체 간 다소 차이는 있으나 대체로 우수한 항균활성을 보였다(그림 3-6-32). 멜리틴

GM누에는 현재 G1세대에서 12개 아구를 선발한 후 순수 GM계통을 수립하고 있다.

CecropinB1을 생산하는 GM누에 제작과정은 앞서 설명한 동일한 시스템을 이용하여 1992년 Taniai 등이 누에

유충 지방체에서 분리한 cecropin을 과량으로 발현할 수 있도록 제작한 것으로 누에 cecropinB1의 cDNA 중 활성

화 영역 아미노산 일부가 도입되었다. 현재 cecropinB1을 GM누에는 G1세대 개체 선발 이후 순수 계통 수립을 위

해 형매교배를 진행하고 있다.

그림 3-6-31 홑눈(원)과 신경계(화살표)에서의 표지유전자(EGFP) 발현

그림 3-6-32 GM누에 형림프의 gram 음성균(좌) 및 gram 양성균(우)에 대한 항균활성 검정

③ GM누에 위해성평가 연구동향

1980년 GM동물 생산기술이 개발된 이후 GM생쥐 등 수많은 GM동물이 개발되고 있다. 이러한 GM동물 개발은

단순히 실험용에 그치지 않고 가축의 개량, 유용 생리활성물질의 생산, 질환 연구모델 및 이종장기 생산용 동물의

개발 등을 목적으로 발전하고 있을 뿐 아니라 본격적인 상업화 단계에 진입하고 있다. GM동물 이전에 이미 GM

작물에 대한 상업화가 진행된 상황이었고, 이로 인해 국제사회는 생물다양성협약의 추가적인 협정으로 ‘바이오안

전성에 관한 카르타헤나 의정서(이하 ’바이오안전성의정서’)’를 채택하여 2003년 9월에 발효하게 되었다. 의정서는

인체위해성과 생물 다양성에 대한 부정적 영향을 미칠 수 있는 GM생물체의 안전한 국가 간 이동, 취급 및 이용에

기여하는 것을 목적으로 한 다자간 환경 협정으로서 우리나라는 「유전자변형생물의 국가 간 이동 등에 관한 법률

(LMO법)」을 2001년 3월에 제정하고 이 법의 시행령(2005년 9월)과 시행규칙(2006년 3월) 및 통합고시(2007년 12

월)를 제정함으로써 의정서의 국내 이행을 위한 완전한 법률적 체계를 갖추게 되었다. LMO법은 국내에서 유통되

는 유전자변형생물체의 국민 건강과 환경에 미치는 영향을 지속적으로 파악하도록 하는 등 바이오산업의 건전한

발전과 유전자변형생물체 이용의 안전성 확보를 강화하도록 하고 있다.

또한 다양한 유전자변형생물체가 개발됨에 따라 생물종 특성에 맞도록 안전관리 제도와 시스템이 세분화되어

야 할 필요성이 제기되고 있어, 일반적인 가이드와 함께 개발되는 유전자변형생물체의 사례별 안전관리방안도 필

요하게 되었다.

농촌진흥청은 자체 개발한 형광실크 GM누에의 농가보급과 사육, 생산된 형광실크를 관련 산업 분야에서 고부

가가치 신소재로 이용하기 위한 제도적 장치 마련이라는 목적을 가지고, 2013년부터 2015년까지 ‘형광실크누에의

인체 및 환경 위해성평가 연구’를 진행하고 있는데, 이 연구는 국립농업과학원, 한국바이오안전성정보센터, 바이오

평가센터 및 경북대학교가 공동으로 참여하고 있다.

이 연구에서는 누에고치의 주성분인 피브로인 heavy chain 유전자와 녹색형광 유전자(EGFP)가 융합된 하이브

리드 녹색 형광실크를 생산하는 GM누에를 대상으로 비의도적 환경방출 사고 시 자연계 근연종과의 유전자 혼입

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등의 판정을 위한 표준품 GM누에를 개발하고 GM누에 제작 과정에서 발생하는 신규 단백질의 독성검정과 유전독

성을 평가하여 인체에 미칠 수 있는 위해성 여부를 검증하며 GM누에와 정상의 숙주 생물종과의 생리·생태학적 비

교 연구와 함께 GM누에의 비의도적 환경방출에 따라 발생할 수 있는 자연환경 위해 발생 가능성에 대해서도 검토

하게 된다. 이와 함께, GM누에 사육시설의 설치 기준과 운영사항, GM누에 사육장에서 발생하는 GM누에 부산물

의 처리 방법 등 취급 안전관리를 위한 세부적인 프로토콜을 함께 개발함으로써 GM누에의 대량사육 및 산업적 활

용을 위한 국가 수준의 안전관리체계를 구축하고 있다. 2015년 하반기 연구가 종료되는 시점에서 형광실크 GM누

에의 기본 특성 규명과 함께 사육을 위한 시설 및 취급 안전관리지침이 마련되고, 녹색형광 실크 GM누에의 인체

및 환경에 대한 위해성을 평가할 수 있는 심사서가 구비될 예정이어서 형광실크 GM누에의 환경과 인체 안전성에

대한 과학적 타당성과 신뢰성을 구축하게 될 것으로 기대된다.

지금까지의 연구결과를 살펴보면, 천연의 연녹색 고치를 생산하는 누에 유전자원과 교차교배시험을 통해 기존

GM누에와 비교하여 산란수, 부화율 및 견층비율 등 실용형질이 우수하고 녹색 형광고치의 채도와 색도가 개선된

GM누에 표준품이 개발되었다. 녹색 형광단백질 등 GM누에에서 새롭게 발현하는 단백질이 80개의 아미노산 기준

에서 35% 이상 일치 또는, 8개 이상의 연속된 아미노산이 일치하는 기존 알레르겐 존재 여부를 분석함으로써 GM

누에를 통한 기존 알레르겐과의 교차반응성이 발생할 가능성이 매우 희박하다는 것을 확인하였다. 또한, GM누에

제작용 전이벡터에 도입된 발현유전자들을 대장균 시스템으로 대량 생산한 후 GM누에 발현단백질과 미생물로부

터 정제한 단백질 간의 구조적, 기능적 동질성을 비교하였다. 여기에는 단백질의 펩타이드 질량분석, N말단 서열

분석, 형광단백질 활성분석과 함께 인공위핵, 인공장액 효소 처리 및 열처리에 의한 물리화학적 안정성에 관한 결

과가 도출되었다(그림 3-6-33). 최근에는 GLP인증기관을 통한 단회투여독성시험을 실시하고 있다.

eGFP

00 10' 20' 30' 60' 90' 120'

10000

20000

30000

40000

50000

60000

eGFP

Rel

ativ

e fl

uore

scen

ce u

nit

그림 3-6-33 GM누에 형광단백질 인공장액·위액 분해성(좌) 및 열안정성 분석

GM누에 환경위해성평가 연구는 일반누에와 GM누에의 동질성 여부를 검정하고 GM누에의 비의도덕 환경방출

시 발생할 수 있는 문제점을 조사하는데 주안점을 두고 있다. 우선 일반 누에와 GM누에가 갖는 탐식성 등 기본적

인 생리·생태적 특성을 각각 조사하여 동질성 여부를 확인하고 설정된 환경에서 비의도적 방출 시 생존 시수 조사

를 통해 GM누에의 환경적응성에 관한 조사를 실시하였는데, GM누에 제작에 사용된 집누에나방은 대부분이 먹이

(뽕잎)를 자발적으로 탐색하여 섭취할 수 있는 능력이 상당히 퇴화하였을 뿐 아니라 일반적인 나방과 같이 날 수 있

는 능력은 완전히 퇴화되었으며, 유충의 야외 생존 시수가 극히 낮기 때문에 우연한 기회에 GM누에가 야외로 방출

되었을 경우라도 완전한 생존은 불가능한 것으로 판단되었다(그림 3-6-34). 이러한 결과는 오랜 기간 동안 인간에

의해 극도로 가축화된 결과라고 판단되며, 따라서 GM누에 숙주곤충인 집누에나방의 유충은 인간에 의해 완벽하게

제어 관리가 가능한 곤충임이 판명되었다. 최근에는 자연환경에서의 누에와 멧누에나방(Bombyx mandarina) 간

교차생식 가능성 여부를 검증하고 있다. 멧누에나방은 누에와 동일한 속에 속하며 자연계에 존재하는 유일한 누에

의 선조형으로 알려져 있으며, 야외에서의 누에와 멧누에 간 교차생식 가능성 여부는 야외로 방출된 GM누에의 특

정 유전물질이 멧누에를 매개체로 하여 생태계로 전이될 수 있어 환경교란 가능성에 대한 정확한 검증이 필요하다.

그림 3-6-34 GM누에 야외 생존력 검정

GM누에를 활용한 산업의 건전한 발전을 추진하기 위해서는 개발 GM누에의 사례별 환경 및 인체에 미칠 수 있

는 위해성평가와 사후관리 등 구체화된 안전관리 제도와 시스템 구축이 필요하다. 여기에는 개발한 GM누에의 안

전관리를 위한 차별화된 사육시설의 설치 기준과 운영을 위한 별도의 가이드라인과 함께 GM누에 대량 사육 시 발

생하는 사육 부산물의 안전한 처리방안 등의 마련이 필수적이다. 국내 GM곤충 안전관리방안에 대한 연구는 시작

단계에 있다고 할 수 있는데, 2013년 농촌진흥청이 주관하고 한국생명공학연구원 바이오안전성정보센터가 수행

한 ‘GM동물(곤충 포함) 위해성평가 등 안전관리방안 연구보고서’가 최초로 제출되었다. 이 보고서에는 곤충을 포

함하여 GM동물의 위해성평가·심사항목의 개발과 사후관리 방안 및 안전관리를 위한 격리 사육시설의 설치 기준

과 운영을 위한 기초적 연구 자료를 제시하고 있다. 다만 보고서에서 제시한 가이드라인은 GM동물(곤충)의 개발

사례별 가이드라인 설정이 아닌 GM동물(곤충)의 국가안전관리 기준 마련을 위하여 제도적 장치 마련에 중점을 둔

기초자료를 제시하고 있다.

2013년부터 2015년까지 진행하고 있는 ‘형광실크누에의 인체 및 환경 위해성평가 연구’는 우리나라 GM곤충 상

100

80

87.5

77.5

35

2.5 2.5 2.5 2.5 2.50

60

40

20

01일차 2일차 3일차

생존

율(1

00)

4일차 5일차 6일차7일차 8일차 9일차 제5절 곤

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용화를 위한 최초의 사례별 안전관리 기준 마련을 위한 연구로서 형광실크 GM누에의 안전 사육을 위한 국가 차원

의 GM누에 보급 체계와 사육시설의 기준을 제시하고 현장에 적용하여 그 실효성을 검증하고 개선사항을 모니터

링하고 있다. 또한 GM누에 사육 시 발생하는 부산물의 안전 처리 방안과 사육종사자가 갖추어야 할 사항을 교육

할 수 있는 프로그램도 개발 중에 있다. 최종 연구결과를 통해 GM누에의 사육시설의 설치 및 운영 기준과 안전관

리를 위한 지침으로 제공될 예정이다.

(2) 위생곤충류 및 농해충류 등

최근 2년에 걸쳐 국내 위생해충 분야는 큰 변화는 없으며 대부분 모기의 생태 및 방제 연구에 많은 초점이 맞추

어져 있는 실정이다. 2010년부터 국립보건연구원 질병매개곤충과에서는 전국을 각 권역으로 나누어 보건복지부

질병관리본부가 주관하는 기후변화매개감시거점센터를 운영하고 있으며 2014년에는 모두 8개 권역의 거점센터를

운영하고 있다. 향후 8개의 거점센터를 추가로 설치하여 총 16개의 센터 운영을 목표로 하고 있다(그림 3-6-35).

거점센터에서 수행하는 감시대상 매개체는 모기, 털진드기, 참진드기(이며, 이들 매개체로부터 병원체 감염 여부

를 확인하는 감염병은 모기가 매개하는 일본뇌염, 웨스트나일열, 뎅기열, 황열과 털진드기가 매개하는 쯔쯔가무시

증이다. 이러한 지역 거점센터 운영은 효과적인 국가 질병 예방시스템 구축을 위해 지속적으로 확대할 계획이다.

또한 국내에서 해충 방제를 목적으로 한 유전자변형곤충에 관한 연구는 아직 선진국에 비해 매우 미흡한 실정

이며, 최근에는 친환경적 해충방제 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 최근 급속한 기후변화에 따른 해충의 돌발

발생에 대한 우려가 커지고 있어, 주요 해충, 외래 해충 및 잠재적 해충류에 대한 기후변화의 영향을 예측하기 위

한 곤충 개체군 모델 개발에 관한 연구가 이루어지고 있다.

(출처: 질병관리본부)

그림 3-6-35 기후변화에 대한 질병매개체 감시 지역별 거점

나. 국외 GM곤충 연구개발 동향

(1) 국외 형광실크 GM누에 연구

2013년 일본 농업생물과학연구소에서는 빨강색, 오렌지색 및 녹색 형광실크를 만드는 GM누에를 개발했다고

발표했다. 연구소는 2종의 산호에서 발현하는 형광 단백질 유전자 및 해파리의 녹색 형광 단백질 유전자를 누에에

이식한 후 교배과정을 거쳐 최종 GM누에를 개발했다. 그러나 GM누에의 형광 단백질들이 열에 민감하여 기존의

명주실 제작 방식보다는 좀 더 섬세한 과정을 거쳐야 한다는 단점이 있어 이를 보완해야 할 것이라고 밝혔다(그림

3-6-36). 일본은 GM누에 연구를 통해 인간의 질환 약물치료 모델로 개발하는 한편 새로운 고성능 누에 실크 개발

을 통해 유전자 기능을 확인하는 약물과 의약품 등의 시험에 적용할 수 있는 새로운 유용 재조합 단백질을 생산하

는 기술을 개발하는 등 기초 연구와 응용 연구를 촉진하는 한편 새로운 산업을 창출한다는 목표를 제시하고 있다.

(출처: 일본 독립행정법인 농업생물자원연구소 홈페이지)

그림 3-6-36 정상누에 (A)와 GM누에 (B, C)의 고치와 생사 및 형광실크로 제작한 웨딩드레스

② GM누에 환경위해성 시험 신청(이바라키현)

2013년 7월 일본 농업생물자원연구소는 녹색실크 GM누에(HC-EGFP)의 제1종사용에 관한 승인신청서를 일본

농림수산장관과 환경장관에게 제출한데 이어, 2014년 6월에 시행될 녹색형광단백질 융합 실크 생산 GM누에의 사

육에 관한 실험계획서에 대하여 설명회를 개최하였다. GM누에 사육실험은 GM누에를 양잠농가의 사육시설에 준

하는 환경과 방법으로 사육하여 GM누에고치의 품질, 누에의 생육특성 및 행동특성을 평가하여 생물다양성 영향

평가 등의 데이터를 수집하게 된다.

여기에는 GM누에를 사육해야 하는 일정한 격리구획 조건과 사육 시 발생하는 폐기물 처리를 위한 냉동고와 건

조기 등 유전자변형생물 등 사용 등 규제에 따른 생물다양성 확보에 관한 법률(카르타헤나법)에 근거한 제2종사용

등에 있어 취해야 할 확산방지 조치가 강구된 구획으로 규정하고 있다.

또한, 격리구역으로 멧누에 성충이 접근하여 교잡이 발생할 경우를 모니터링 하기 위해 GM누에 사육기간 중

격리사육구획의 주변에서 GM누에 암컷 나방 또는 합성 페로몬 트랩을 제작하여 멧누에 수컷을 유인한 후 GM누

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에 표지유전자인 EGFP나 DsRed2 유전자를 공여하는지 여부를 PCR법 등으로 검정하여 보고서에 수록할 계획이

다(그림 3-6-37, 38).

(출처: 일본 독립행정법인 농업생물자원연구소 홈페이지)

그림 3-6-37 멧누에(좌), 멧누에 포획 트랩(우)

(출처: 일본 독립행정법인 농업생물자원연구소 홈페이지)

그림 3-6-38 GM누에 격리사육시설 개요(좌), 외부펜스 및 사육잔사 운반 경로(우)

(2) 거미실크 GM누에 연구

2014년 일본 국립농업과학연구소와 신슈대학은 거미 dragline 실크 단백질과 날줄과 누에 실크 피브로인 헤비

체인 단백질이 융합된 하이브리드 실크를 생산하는 GM누에 개발에 성공하였다. 거미줄은 동일 중량일 때 강철보

다 5배 이상의 강도가 높고 탄성력은 방탄조끼 재료로 사용되고 있는 최고의 인공섬유인 케블라보다도 뛰어나며

생체적합성이 우수한 것으로 알려져 있다. 그동안은 미생물에서 거미 실크 단백질을 만드는 방법을 개발되었지만

미생물로부터 생산된 거미실크의 추가적인 섬유화 단계가 필요하다는 단점이 있었다. 새롭게 개발된 GM누에는

일반 누에가 생산하는 실크보다 53% 강도가 향상된 것으로 조사되었다.

하이브리드 거미줄 실크는 조사공정에서 기존 누에실크와 동일한 기계를 활용, 하이브리드 거미줄 실크를 가공

하여 조끼와 스카프를 제작하는데 성공했다고 밝혔다(그림 3-6-39). 국립농업과학연구소와 신슈대학은 더 높은

강도 및 기능성을 지닌 거미줄 실크를 개발하여 수술용 봉합사와 같은 의료용 소재나 방재 로프, 방호복 등의 특수

소재 개발 연구를 지속할 계획을 밝히고 있다.

(출처: 일본 독립행정법인 농업생물자원연구소)

그림 3-6-39 거미실크가 융합된 GM누에고치(좌), 원사(중) 및 원사로 만든 스카프(우)

2012년 미국 와이오밍대학, 노트르담대학과 중국 저장대학은 공동연구를 통해 14회 반복하여 합성한 거미실크

dragline 유전자와 누에 실크 피브로인 유전자를 융합한 후 piggyBac 전이벡터 시스템에 도입하여 누에알에 주입

함으로써 누에/거미 하이브리드 실크를 생산하는 GM누에를 개발했고, GM누에 키메라 실크는 매우 안정적인 상

태이며 강도 등 기계적 특성이 크게 개선되었다고 보고하였다(그림 3-6-40). 이러한 연구는 이미 2000년대 초반

부터 애리조나대학, 와이오밍대학 등에서 누에 실크 유전자를 변형하여 내구성 높은 직물을 개발하기 위한 키메라

거미실크 연구가 활발히 진행되어 왔었고, 2011년에는 미시건주 KBL(Kraig Biocraft Laboratory)사에서 맞춤형

zinc finger구조를 이용해 7개 이상의 GM누에 계통이 개발된 바 있다.

거미줄은 섬유 소재 중에서도 강도와 가벼움이 매우 뛰어난 소재로 알려져 있는데, 같은 굵기의 강철보다 5배

높은 강도와 신축률은 나일론 섬유의 2배에 이른다(표 3-6-19). 하지만 거미는 사육과 양산이 어렵다는 단점이 있

다. 2014년 KBL社는 노트르담 대학과 협력하여 GM누에를 통해 거미줄(몬스터 실크)을 대량생산 하고 군사용 의

류 소재에 적용함으로서 상업화 단계에 진입했다고 발표하였다. KBL社는 양산체제가 어려운 거미실크를 유전자

변형 GM누에를 통해 지속적으로 생산할 수 있는 시스템이 구축되었다고 밝히며, 이는 거미실크가 연구개발 단계

를 넘어 산업화 단계로 진입했음을 강조하고 있다.

KBL社가 개발한 몬스터 실크는 누에 염색체에 거미의 특정 유전자를 도입하여 생산된다. GM누에가 거미줄과

거의 같은 성질을 가진 견사를 생산하게 되는데, 견사의 유연성, 강도, 질김은 DNA 염기배열을 조작함으로써 변

화를 줄 수 있다. 거미줄은 강도가 매우 높아, 방탄복, 의료용 봉합사 등에 사용될 수 있다. 한편, 미군은 견사를 이

용한 속옷의 실험을 진행하고 있다. 실크는 잘 타지 않고, 불에 타는 경우에도 나일론과 같이 녹지 않고, 피부에 들

러붙지 않기 때문이다. 실크는 섬유가 매우 가늘기 때문에 모래나 먼지 등 작은 이물질의 통과를 막을 수 있고, 부

상당한 경우에도 상처를 청결히 보존할 수 있는 장점이 있다.

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3부

(출처: PNAS(2012), Kraig Biocraft Laboratories)

그림 3-6-40 거미실크 GM누에 전이벡터 모식도(좌) 및 KBL社가 제작한 거미실크로 만든 군용 장갑(우)

Material Toughness Tensile Strength Weight

Dragline spider silk 120,000~160,000 1,100~2,900 1.18~1.36

Kevlar 30,000~50,000 2,600~4,100 1.44

Steel 2,000~6,000 300~2,000 7.84(출처: Kraig Biocraft Laboratories)

표 3-6-19 천연 거미실크, 케블라섬유 및 강철의 물성 비교

KBL에 의하면, 이 거미줄 실크의 제작비용은 ㎏당 150달러(약 15만 2,000원)로서 경쟁 소재인 대장균(E. coli)

이 생산한 거미줄 섬유의 130,000달러(약 1억 3,000만 원)와 비교도 안 되게 저렴하다. 우선적으로 2015년까지 총

규모 50억 달러(약 5조 895억 원)에 달하는 일반 의류섬유 시장 안착을 목표로 KBL社가 생산하는 실의 대부분은

방호복이나 내화의류 등 특수섬유 제품 회사인 Warwick Mills社에 출하되고 있으며, Warwick Mills社에서 몬스

터 실크로 만든 옷감이 만들어질 것이며, 빠르면 2016년에 시판이 가능할 것으로 예상하고 있다. 또한 경제적으로

유망한 시장 분야는 의료용과 군사용인데, 이런 시장 진출을 위해서는 FDA 및 군 당국의 승인절차에 많은 시간이

소요될 것이어서 상품화는 수년이 걸릴 것으로 예상하고 있다.

다. 향후전망

최근 친환경의 상징뿐 아니라 신소재 생물자원의 보고로서 곤충에 대한 인식이 크게 확산되면서 GM곤충 개발

연구가 크게 증가하고 있다. 이러한 변화는 GM곤충의 개발과 산업화에 대한 국제 특허 동향에서도 확인할 수 있는

데, 전 세계적으로 곤충형질전환 기술을 이용한 바이오시밀러 개발과 기능성 소재의 개발에 관한 유효특허가 뚜렷

한 상승추세다. 특히, 중국은 1998년부터 본격적인 특허 출원을 시작으로 지속적인 성장 추세를 보이며 국제 특허

동향을 주도하고 있고, 미국과 일본은 기술 성장단계를 지나 기술의 성숙단계에 접어든 것으로 파악되고 있다. 우

리나라의 곤충형질전환 기술은 대부분이 농촌진흥청에서 개발되고 있으며 형광실크 GM누에의 기술시장 수준은

산업적 소재 적용 단계에 이르렀다고 판단된다. 그러나 GM작물, GM미생물과는 달리, 동물 분야에서는 연구개발

의 많은 성과에도 불구하고 기술적 어려움 등으로 양산체제 구축과 상업화 단계 진입을 위한 GM동물 위해성 연구

사례가 극히 부족하였다. 더욱이, 곤충분야에서는 GM곤충뿐 아니라 식의약 소재개발 연구 등 기능성 연구는 활발

하게 진행되고 있음에도 불구하고 GM곤충의 이용 및 상업화를 촉진할 위해성연구와 안전관리체계 구축에 관한 연

구사례가 전무한 실정이다. 따라서 최근 진행되고 있는 농촌진흥청의 형광실크 생산 GM누에의 위해성평가연구는

GM곤충의 개발에 이은 산업화 연계를 위한 실용적 측면에서 큰 의미가 있을 뿐 아니라 거미실크 GM누에 개발 등

향후 진행될 고부가가치 의료용 및 산업용 소재를 생산하는 GM곤충 개발 연구도 더욱 활성화될 것으로 기대한다.

2. GM모기 연구개발 및 상업화 현황

가. 옥시텍社 GM모기 개발

(1) 옥시텍社의 개요

옥시텍社는 영국 옥스포드 대학 동물학과 출신의 3명이 모여, 런던에서 30분 떨어진 Abingdon市 옛 산업단지

건물에서 기술기반의 아이디어 기업인 실험실 스타트업으로 2002년 시작하였다. 옥시텍社는 인체 및 식물 전염병

매개체 박멸을 위해 GM곤충을 이용하는 생명공학기술 아이디어로 옥스포드 캐피털(Oxford capital)에서 8백만 유

로, 빌게이츠 재단에서 5천만 달러를 투자 받아 재정안전성을 확보하였고 2008년까지 실험실 스타트업을 유지하

며 기술안전성 검증실험을 수행하여 Nature biotechnology, PLOS 등 전문학술지에 연구결과를 게재하고 있다.

옥시텍社의 상업화된 개발품으로는 뎅기열병 확산 매개체인 이집트숲모기(Aedes aegypti)의 유전자를 변형한

유전자변형모기(Living modified mosquitoes, 이하 ‘GM모기’) OX513A가 가장 유명하다. OX513A는 2009년 케

이맨 제도에서의 소규모 포장실험을 시작으로 말레이시아, 브라질, 프랑스, 인도, 싱가포르, 타이, 미국 및 베트남

등지에서 활발한 환경방출실험을 수행하거나 시도하고 있다. 이를 통해 옥시텍社는 곤충 생명공학 기업으로 국제

적인 명성을 확보함으로써, 초기 시장 장악을 통해 국제기술시장을 선점하는 표준선점전략의 첫발을 내딛었다.

그러나 옥시텍社의 주요 개발품 라인업은 이미 상업화된 면화 해충 솜벌레(Pink bollworm) 방제를 위한

OX1138BB, 밀폐실험 단계에 있는 지중해열매파리, 멕시코광대파리, 배추좀나방 등 농업용 곤충에 집중하는 면이

있으며, 보건의료용 GM모기로는 흰줄숲모기(Aedes albopictus)가 개발되어 최적화 단계에 있다(그림 3-6-41).

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3부그림 3-6-41 옥시텍社의 생산품 개발현황

(2) GM모기 개발기술 전략과 OX513A

전염병 확산을 줄이기 위한 목적으로 개발된 유전자재조합기술로는 모기 매개체 개체군 수를 줄이는 개체군 억

제(Population suppression) 박멸전략 및 기술과, 특정 감염병의 전이능력이 낮은 모기 종으로 개체군을 대체하

는 개체군 치환(Population replacement) 박멸전략 및 기술이 있다. 이러한 기술들은 GM모기가 환경에 방출되었

을 경우 얼마나 오래 생존하는가에 따라 구분되며, 생존능력은 그들의 행동을 결정하는 유전요소에 따라 결정된

다(표 3-6-20).

박멸전략유전요소 설계방법

제한적(Self-limiting) 설계 지속적(Self-sustaining) 설계

개체군 억제

·후대의 개체수를 줄이는 유전자변형

·세대 개체수에만 제한된 유전자변형으로,

유전자 전달능력이 없거나 미약함

·끊임없는 방출로만 지속가능함

·후대의 개체수를 줄이는 유전자변형

·유전자 전달 능력이 강력함

·모기 개체군이 제거될 때까지 무기한으로

유전자변형이 확산됨

개체군 치환

·병원체의 자기복제를 제한하도록 유전자변

형 함으로써, 전염을 낮춤

·세대 개체수에만 제한된 유전자변형으로,

유전자 전달능력이 미약함

·개체수가 희박해질 때까지 지속됨

·병원체의 자기복제를 제한하도록 유전자변

형 함으로써, 전염을 낮춤

·유전자 전달 능력이 강력함

·무기한으로 개체군에 유전자변형이 확산

되도록 함

표 3-6-20 GM모기의 박멸전략에 따른 유전자변형 설계형태

제한적(Self-limiting) 설계의 경우, GM모기는 교미를 통해 자손에게 유전자변형을 전달할 수 없으며 교미를

통해 해당 지역의 모기 개체군에 단기간 영향을 미치는 유전자를 도입시키도록 설계된다. 이 설계의 효과는 GM

모기의 재방출 기간에 의해서만 유지되며, 방출주기는 유전자변형의 종류에 따라 결정된다. 이러한 통제된 방출

은 원하지 않는 환경 변화를 가져올 가능성을 감소시키며, 원하는 경우 즉시 중지시킬 수 있으나 재도입 과정이 반

복적으로 필요하여 생산비용과 운송비용이 증가하는 특징이 있다. 지속적(Self-sustaining) 설계의 경우, 무기한

적인 지속력을 가지고 해당 지역 모기 개체군 안에 살포되도록 유전자가 재조합된다. 이러한 설계는 비용면에서

효과적이며 매우 높은 항구성을 제공하지만, 예측하지 못한 결과가 나타났을 경우 제한적 설계에 비해 되돌리기

가 매우 어려울 수 있다.

유전자변형기술은 기존의 매개체 통제전략에 비해 몇 가지 장점이 있다. 기존의 전통적인 매개체 통제전략 수행

은 매우 힘들고 비용이 많이 들지만, GM모기를 이용한 전략은 알을 낳는 장소를 찾고 교미하려는 모기의 자연스

러운 행동을 활용함으로써 손쉽게 모기유충(장구벌레) 서식지와 개체군에 접근할 수 있다. 모기장이나 살충제 살

포 등을 피해 야생화되는 모기 및 교외에서 살아가는 모기에도 접근 가능하다는 점에서 효율적이다. 목표대상 모

기 종에 최적화할 수 있고, 제거 이후에 다시 유입되는 모기 및 병원체를 예방하며, 다른 질병통제 방법과 함께 이

용할 수 있다는 점에서 유용하다. 다만 생태계 상호작용에 대해 알려지지 않은 위해성 등 여러 가지 문제가 제기

되어 왔다. 유전적 접근의 폭이 지나치게 광범위하기 때문에, 모든 유전자변형기술의 평가를 위한 보편적인 방식

역시 만들기 어렵다.

옥시텍社의 GM모기인 Aedes aegypti OX513A는 개체군 억제전략에 의한 제한적 설계방법으로 제작되었다.

구체적으로 불임충 방사기법(SIT, Sterile insect technique) 중 하나인 우성치사 전달성 곤충방출(RIDL, Release

of insect carrying a dominant lethal) 기법을 이용하였는데, 이를 위해 PiggyBac 기반 비자발적 트랜스포존인

LA513을 구축하고 이를 Aedes aegypti 모기에 도입하였다(그림 3-6-42).

(a) 도입유전자 (b) OX513A 장구벌레

그림 3-6-42 옥시텍社의 GM모기

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OX513A에는 붉은색 형광빛을 나타내는 DsRed2 유전자와 항생제 테트라사이클린 제어성 전사활성자(Tetra-

cycline-repressible transcriptional activator)인 tTAV 유전자 발현부 및 조절유전자인 tetO가 도입되어 있다. 테

트라사이클린은 tTAV와 결합하는 특성이 있는데, 이를 이용하여 테트라사이클린이 없는 환경에서 tTAV가 발현

함으로써 치사성을 나타내도록 설계되었다.

나. 안전성 평가 및 심사

현재 국제적으로 유전자변형생물체의 위해성을 판단하기 위한 통일된 기술이나 평가표준은 없으나, 국제협약인

바이오안전성의정서를 시작으로 유럽연합법 및 국가별 국내이행법 단위로 나뉘어 수립되었다.

WHO는 GM모기의 시험체계에 대한 가이드를 발간하였으며, 생물다양성협약의 바이오안전성의정서 기술사

무국은 ‘LMO 위해성평가 가이던스’를 발간 중으로, GM모기에 대한 국제적 위해성평가의 합의를 이끌어내기 위

해 노력하고 있다. 또한 유럽연합에서는 유전자변형생물체의 국가 간 이동에 관한 규정인 Regulation(EC) No

1946/2003을 제정하여 위해성평가에 대한 일반사항을 규정하고, 유럽식품안전청(EFSA)이 가이드를 통해 상업적

이용을 위한 GM곤충의 환경위해성평가 기준에 대한 고려사항 등을 제시하고 있다. 이렇게 위해성평가를 위한 구

체적인 사항에 대해서는 관련 국가별로 가이드라인을 마련하여 안내하고 있는데, 옥시텍社가 있는 영국의 경우 이

행법인 GMO Regulation 2000을 제정하여 위해성평가 일반사항을 규정하고, 보건복지부(HSE)가 가이드를 통해

GM모기 등 유전자변형생물체의 사례별 위해성평가를 수행하도록 하고 있다(그림 3-6-43).

그림 3-6-43 GM모기의 안전성 평가 규제체계

결과적으로 GM모기의 위해성평가 및 심사는 환경방출실험이 수행되는 관련 국가의 규제 및 심사체계에 맞춰

진행되므로, OX513A 시험방출 역시 각 국가의 규제준수(Regulatory compliance)에 따라 진행되는 특징을 보인

다. 그러나 위해성평가의 원칙인 위험요소 확인, 노출평가, 용량-반응평가, 위해요소 결정을 통한 위해성판단 체

계를 벗어나지는 않는다.

다. 시험방출 및 상업화

OX513A의 시험방출은 2015년 현재 세계적으로 5개국에서 수행되었고 브라질과 파나마에서는 진행 중이지만,

지면 관계상 시험결과를 모두 기술할 수 없다. 따라서 2009년 케이맨 제도, 2011년 말레이시아와 파나마의 사례

만 기술하기로 하였다.

(1) 케이맨 제도의 시험방출 결과

2009년 케이맨 제도에서 수행된 OX513A의 시험방출은 10ha의 부지에서 4주간 진행되었다(그림 3-6-44 a).

해당 실험은 RIDL 기법이 이용된 OX513A 수컷 모기가 자연환경에서도 동일하게 작용하는지를 확인하기 위해

수행되었고, 야생형 암컷과 교배하여 수정란 발생까지 성공적으로 완료되었다. 결과적으로 OX513A는 실험지역

의 모기 개체군 수를 효과적으로 감소시켰고, 환경 중 도입된 OX513A에 의해 발생된 장구벌레도 1개월 후 사멸

되었다(그림 3-6-44 b).

(a) 방출지역 (b) 실험결과

그림 3-6-44 케이맨 제도의 OX513A 환경방출실험

(2) 말레이시아의 시험방출 결과

2011년 말레이시아의 Pahang 정글지역에서 진행된 OX513A의 시험방출은 구분된 3개 부지에서 8주간 수행되

었다(그림 3-6-45 a). 해당 실험은 OX513A 수컷 모기의 자연환경 중 생존력 확인과 실험지역의 Aedes aegypti

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(a) 말레이시아 (b) 브라질

(c) 종합현황

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동향을 측정하기 위해 수행되었다. 결과적으로 OX513A 수컷 모기는 기존종과 유사한 수명을 나타내며 실험지역

의 Aedes aegypti 개체군 수를 감소시켰으며, 대부분의 OX513A는 방출지를 중심으로 반경 50미터를 벗어나지 않

았다(그림 3-6-45 b).

(a) 방출지역 (b) 확산결과

그림 3-6-45 말레이시아의 OX513A 환경방출실험

(3) 파나마의 시험방출 결과

2011년 파나마의 Nuevo Chorrillo市에서 수행된 OX513A의 시험방출은 10ha의 부지에서 2주간 진행되었다(그

림 3-6-46a). 해당 실험은 OX513A 수컷 모기의 자연환경 중 생존력 확인과 실험지역의 Aedes aegypti 개체군 수

를 측정하기 위해 수행되었다. 결과적으로 OX513A 수컷 모기는 평균 ha당 58개체였으며, 환경 중 도입된 OX513A

에 의해 발생된 장구벌레는 평균 1인당 0.64개체에 해당하는 것으로 측정되었으며, 방출 2주 후에는 더 이상 포획

되지 않았다(그림 3-6-46 b).

(a) 방출지역 (b) 재포획 결과

그림 3-6-46 파나마의 OX513A 환경방출 실험

라. 향후전망

유전자변형을 통한 개체군 억제·치환 전략은 대단히 광범위하고 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대상도

모기에 국한되지 않는다. 불임충 방사기법에 의한 모기 성비조작과 함께 곤충감염성 바이러스(Densovirus) 및 세

균(Wolbachia)를 이용한 생식적 종간교잡, 곤충공생미생물 유전자변형(Paratransgenesis) 등 관련 기술은 매우 다

양하며 개발이 진행 중인 GM모기 또한 2010년 기준 학질모기(Anopheles albimanus) 등 8종에 이른다.

GM모기는 질병통제를 위한 대안으로서 가능성을 인정받고 있으며, OX513A는 연구 단계를 넘어 상업화된 GM

모기의 표준으로 취급받는 상황이다. 이 때문에 OX513A의 위해성평가에 대한 국제적인 사회·경제·문화적 이슈

는 향후 GM곤충의 상업화를 위한 시금석으로 자리할 것이다. 따라서 옥시텍사의 OX513A에 대한 국제적인 위해

성평가실험 및 기술규제를 검토함으로써, GM곤충의 이용에 대한 다양한 규제준수 관련 문제를 해결할 수 있다.

이를 통해 국내 생물다양성을 보전하고 생명공학산업을 육성시키는 두 마리 토끼를 잡을 것으로 전망하고 있다.

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1. GM어류 연구개발 동향

1984년 영국의 연구자가 무지개송어에 실험적인 유전자 이식 실험을 시작하면서 태동한 어류 형질전환 기술은,

그간 비교적 짧은 역사에도 불구하고 실험동물로서 어류가 갖는 장점(체외 수정, 투명한 난 발생, 짧은 세대주기,

다산란 등)에 힘입어 많은 기술적인 발전이 이루어졌으며, 현재까지 35종 이상의 어류를 대상으로 형질전환 기술

이 개발된 바 있다. 초창기 성장호르몬 유전자 이식을 통해 고속 성장 GM어류를 개발하기 위한 연구들이 주를 이

루었으나 최근 성장 형질 외에도 질병저항성, 대사조절, 생식능력 조절, 환경오염 검출, 유용물질 생산 등 다양한

형질을 대상으로 GM어류의 연구개발이 이루어지고 있다. 이미 형광단백질 유전자를 이식하여 개발한 관상용 GM

어류는 상업적 판매가 이루어진 지 10여 년이 경과하였고, 속성장 GM연어는 FDA의 식품 및 환경위해성평가가 완

료되어 상업적 판매를 위한 최종승인 직전에 도달한 상태로서 전 세계는 인류 최초의 식용 GM동물의 공식적 상업

화 승인 여부를 예의 주시하고 있다. 아직 최종승인 결정이 발표되지 않았으나, 승인될 경우 전 세계 GM어류 관련

연구개발과 실용화 추진은 보다 급속도로 확대될 것으로 전망되며, 그 이용 분야 역시 다양한 바이오산업과 연계될

것으로 예상된다. 본 논고에서는 최근의 GM어류 연구개발 동향과 함께, FDA 평가가 종료된 GM연어의 동향, 그

리고 최근 빠르게 확대되고 있는 형광 GM관상어류의 산업화 동향과 전망에 대해서 소개하고자 한다.

가. 국내 GM어류 연구개발 동향

국내 육상 GM작물 및 GM동물 분야에 비해서 상대적으로 해양수산용 GM어류의 국내 연구는 아직 많은 연구개

발 투자가 이루어지지는 않고 있으며, 대부분 연구실 단위의 소규모 또는 소그룹 형태의 연구가 주를 이루고 있다.

특히 GM연어와 같이 중대형 GM어류를 연구하기 위한 안전격리가능 어류 연구시설이 국내에 확보되어 있지 않기

때문에 대부분의 국내 GM어류 연구개발은 소형 어류에 국한되어 있는 실정이다. 2013년 이후 국내에서 연구개발

되고 있는 GM어류 품종들은 부경대학교에서 바다송사리(Oryzias dancena)를 모델로 이용한 다양한 형광 관상어

형질의 개발과 평가가 이루어진 바 있다. 해당 연구를 통해서 녹색(Green), 적색(Red), 주황(Orange), 남색(Cyan),

황색(Yellow) 등 다양한 형광색의 계통 확립과 선발, 조명 장치에 따른 관상형질의 차등 여부 평가, 다양한 형광형

질의 중첩효과, 그리고 형광형질의 개선을 위한 최적조건 평가 등의 연구가 수행되고 있다.

최근 바다송사리 외에도 알비노(albino) 미꾸리를 형광 관상어 개발연구가 부경대학교와 순천향대학교의 공동

연구로 2013년부터 착수되어 진행되고 있다. 아울러 국립수산과학원에서는 국내 고유 어종인 각시붕어를 대상으

로 적색 형광 형질이 획득된 형질전환 개체를 생산 후, 이들로부터 역시 안정적인 후대 계통 확립 연구가 수행되

제6절 어류고 있다.

형광 GM관상어류 개발 외 GM어류에 관한 국내 연구개발은 제브라피시 등 소형 실험모델 어종을 이용한 발생

학, 의약학 분야의 시험연구용 형질전환 어류 모델 개발이 일부 연구실들에서 지속되어 오고 있으며, 또한 수중 오

염원을 검출하기 위한 목적으로 GM어류 모델 개발이 연구되고 있고, 이 중 여성호르몬 계열의 환경호르몬 검출이

가능한 GM어류 개발이 바다송사리 및 제브라피시 등에서 국내 연구진들에 의해서 시도되고 있다.

그림 3-6-47 형질전환 바다송사리를 이용한 수중 환경호르몬(EE2)의 검출(간에서 적색 형광 발현)

나. 국외 GM어류 연구개발 동향

최근(2013~) 발표·공개된 국외 GM어류 연구개발 사례는 크게 다섯 가지 분야로 대별할 수 있다. 첫째, 상업

화 추진이 이루어지고 있는 아쿠아바운티社(AquaBounty Technologies)의 속성장 GM연어의 승인에 대비하여,

속성장 GM어류의 형질평가 및 위해성평가 관련 연구들이 활발히 이루어지고 있으며, 이들 연구들은 아쿠아바운

티社의 대서양 연어와 유사한 연어과 GM어류 계통을 이용한 환경위해성평가 연구, 제브라피시 모델을 이용하여

성장 호르몬(GH) 과발현에 따른 차등 형질을 탐색 연구, 그리고 중국에서 상업적 실용화 추진을 위해 계획하고 있

는 속성장 GM잉어(common carp; Cyprinus carpio)의 형질평가 연구들이 주를 이루고 있다. 그 주된 연구개발 사

례는 아래의 표와 같다.

둘째, GM어류 계통들의 상업적 생산을 위해서는 생식학적 격리 기술이 중요시되지만, GM연어의 사례에서 보

듯이 배수체 유도를 통하여 불임을 유도할 경우 항상 100% 불임개체 생산을 담보할 수 없기 때문에, 이를 해결하

기 위한 일환으로 유전공학적 GM불임화기술 개발에 관한 연구개발이 여러 연구진들에서 시도되기 시작하고 있

다. 이들 연구에서는 RNA 간섭 기술, 생식세포의 분화 억제 기술 등이 주로 연구되고 있으며, 인위적인 유전자 발

현 작동 프로그램을 통해 필요한 시기에 필요한 집단에 대해서 GM불임화를 유도할 수 있는 기술 개발에 많은 연

구진들이 집중하고 있으며, 아직 제브라피시 및 차넬메기(channel catfish; Ictalurus punctatus) 등에서 초기 연구

단계의 결과물들이 발표되고 있지만, 향후 완성도 높은 기술이 개발될 경우, GM어류를 대상으로 한 생식학적 격

리 측면에서 큰 파급효과가 발생할 수 있다고 기대된다.

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발표연도 어종 주요 내용 요약

2013

제브라피시GH 과발현에 따른 삼투압 조절 능력 저하 평가

GH 과발현에 따른 수컷 생식능력의 감소 평가

왕연어 GM연어에서 대사 효율 증가에 따른 면역력 및 질병저항성 형질의 차등 발현

잉어

속성장 잉어의 먹이섭취 행동 및 식욕을 담당하는 유전자 분석

GH 발현 GM잉어의 장내 미생물상 변화 평가

GH 발현 GM잉어의 골격 성분 및 모양 변화

2014

잉어

자연생태계를 반영하는 모의 생태 격리시설에서의 생식 및 자손생산, 집단 변화 추적

GH 과발현이 생식소 발달 및 생식능력에 미치는 영향 및 관여 유전자 탐색

GH 발현 GM잉어의 포식자에 의한 피식 위험도 평가

왕연어

GH 발현에 의한 GM연어의 탄수화물 대사 변화 분석

먹이 환경요인이 GH 발현 GM연어의 근육발달 및 근섬유 형성 변화에 미치는 영향

대용량 해수 격리 모의생태계 시설에서의 GM연어의 성숙 및 산란 능력 평가

무지개송어 격리 모의 생태계에서 성장 단계별 GM어류의 생존력 및 적응력 평가

대서양연어 배수체 GM연어의 호흡능력 및 저산소 내성 능력에 대한 평가

2015 제브라피시 GH 과발현이 GM어류의 식욕 및 먹이섭취 행동에 미치는 다면발현 평가

표 3-6-21 최근의 속성장 GM어류에 관한 형질 및 환경위해성평가 연구

셋째, 환경에 대한 지속적인 관심 증가로 인해, 수중 환경 오염원을 보다 정밀하고 정량적으로 검출할 수 있는

GM어류기술 개발이 각광받고 있다. 종래 여성호르몬 계열의 오염원을 검출하기 위한 GM어류 개발 외에 최근의

연구는 다양한 유전자 프로모터의 발굴을 통해서 검출 가능한 오염원의 종류와 범위를 확대하기 위한 연구개발이

시도되고 있다.

넷째, 어류 형질전환 분야는 포유류나 식물에 비해서 유전자 적중 기술이 상대적으로 완성도가 높지 못한 상태

다. 때문에 어류를 대상으로 형질전환 효율을 개선하기 위한 연구들이 꾸준히 이루어져 왔으며, 최근 새로운 유전

자도입 기술로 각광받고 있는 CRISPER 기반의 유전자도입 기술을 어류에 적용, 효과적인 형질전환 유도가 가능

함이 보고되고 있다. 아직 제브라피시 등 일부 잘 알려져 있는 모델 어종에서만 검증되었으므로 여러 어종들에서

추가적인 검증과 평가가 이루어져야 하지만, 성공적으로 개발될 경우 GM어류 생산 비용 절감과 기간 단축에 크

게 기여할 것으로 기대되고 있다.

다섯째, GM어류의 이용 분야가 빠르게 확장되고 있으며, 종래 속성장 형질획득 외에 다양한 산업적 유용 형질

들이 GM어류에 접목되고 있다. 최근 발표된 연구결과들은 불포화지방산(HUFA)를 다량 축적할 수 있는 GM어류

(잉어, 제브라피시 등), 누에 항균단백질을 발현함으로써 질병내성이 강화된 GM어류(무지개송어; Oncorhynchus

mykiss), 인간의 바이오의료 물질(인슐린 등)을 생산할 수 있는 GM어류(틸라피아; Oreochromis niloticus), 그리

고 신규 형광 관상어류 개발(니그로 패시어텀, Archocentrus nigrofasciatus) 등이 주를 이루고 있으며, 이러한 GM

어류의 적용 분야는 앞으로도 지속적으로 확대될 것으로 전망된다.

2. GM어류 상업화 동향

가. 아쿠아바운티社 GM연어 동향

아쿠아바운티社(AquaBounty Technologies)의 GM연어는 대서양연어(Atlantic salmon; Salmo salar)의 수정

란에 오션포우트(ocean pout; Zoarces americanus) 항동결단백질 유전자(antifreeze protein gene) 프로모터의

조절하에 왕연어(Chinook salmon; Oncorhynchus tshawytscha)의 성장호르몬 유전자를 발현하는 GM연어 계통

이다. 1992년 처음 생산된 친어로부터 10세대 이상의 선발을 걸쳐 현재의 산업화 품종으로 개발되었으며, 선발된

GM계통은 도입유전자의 단일 복제수를 가지며, 상품크기까지 일반 연어의 생산기간(31~36개월)에 비해 2배 정

도의 단축 효과(16~18개월)를 나타낸다.

(출처: http://aquabounty.com/)

그림 3-6-48 아쿠아바운티社(AquaBounty Technologies)의 고속성장 GM연어 및 일반 연어

아쿠아바운티社는 본 GM연어를 ‘아쿠아어드밴티지 연어(AquAdvantageⓇ Salmon)’라는 브랜드를 통해 판매

하고자 하는 계획을 갖고 있으며, 상업적 생산 시 GM연어의 환경 위해성을 최소화시키기 위한 일환으로 생식능

력이 제거된 전 암컷 불임 3배체(all-female sterile triploid) 형태로 생산, 판매한다는 계획을 FDA에 제출한 바

있다. 또한 아쿠아바운티社는 본 GM연어를 미국에서 성체를 생산하는 것이 아니라 캐나다 프린스 에드워드 아일

랜드(PEI, Prince Edward Island)에서 발안란(eyed-stage eggs)을 생산한 후 파나마(Panama)의 해발 1,500m의

고산지대의 육상 양식시설로 옮겨져 상품크기까지 사육하고, 이후 현지에서 가공 처리된 형태의 제품만을 미국으

로 이송, 판매한다는 계획을 갖고 있다. 상기 생산 방식을 근거로 아쿠아바운티社 측은 다음의 주된 이유를 들어

해당 아쿠아어드밴티지 GM연어의 생산이 안전하며 환경에 문제가 없음을 주장하고 있다.

제6절 어

류

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

첫째, 캐나다 PEI 발안란 생산시설은 고도의 다중 탈출 방지 장치를 갖추고 있어 물리적인 격리의 완성도가 높

고, 둘째 성체를 생산하는 파나마 고산지역의 육상 사육시설 역시 양식장의 다단계의 물리적 탈출 방지 시설과 함

께 비의도적 탈출 시에도 주변의 고수온, 서식환경 및 구조물 등으로 인해 탈출에 성공한 연어가 생존할 가능성이

매우 낮은 지리학적 격리 효과가 가능하며, 셋째, 개발사가 현지에서 상업적 생산을 위해 사용하는 GM연어는 자

연적인 생식능력이 없는 3배체이며, 더욱이 암컷만을 생산하기 때문에 설령 탈출 연어가 생존한다 하더라도 생태

계에 적응하여 주변 종과의 생식학적인 경로를 통한 유전자 전파나 유전자변형 어류 집단이 자연계에 쉽게 형성될

수 없음을 근거로 제시하고 있다.

상기에 근거한 아쿠아바운티社의 계획과 주장들은 대부분 FDA로부터 긍정적인 평가를 받은 것으로 알려져왔

다. 그간의 아쿠아바운티社가 GM연어의 상업적 생산을 위한 평가·승인절차의 주요 골자는 다음과 같다.

아쿠아바운티社는 1993년 처음으로 FDA와 협의를 시작했으며, 2009년 FDA가 GM동물 검토를 위한 로드맵을

마련했을 때 신청서를 제출한 최초의 회사가 되었다. 2001년 승인 신청에 따른 첫 평가 자료를 제출한 이후, 2009

년 모든 평가 자료를 FDA에 제출하였고 파나마의 육성 시설에 대한 FDA의 점검이 이루어졌으며, 이듬해 2010년

FDA는 신청된 아쿠아어드밴티지 연어가 식품으로 동등하고 환경에 영향이 없다는 잠정 결론을 담은 문서를 공개

한 바 있다. 2010년 9월에 개최된 공청회에서 FDA는 GM연어가 안전하다고 인정했으나, 이후 공공 의견 수렴과

정 중에서 환경주의자 및 이해가 상충되는 정치가들의 반대 압력도 따라서 증가되어 승인이 지연된 바 있다. 당시

FDA는 2010년 9월 잠정적으로 GM연어가 식용으로 그리고 환경에 안전하다고 결론을 내렸었으며 이번 평가에서

도 같은 결론을 얻었다. 특히 평가의 초점은 GM연어가 탈출해 야생에서 생존하고 환경에 해를 끼칠 수 있는가였

다. FDA는 GM연어가 여러 겹의 장벽이 설치된 내륙의 수조에서 양식되고 만일 탈출하더라도 인근 수계의 온도와

염분 농도가 연어의 생존에 부적합하다고 지적했다.

그 밖에도 GM연어는 불임이기 때문에 자손을 생산할 수 없다는 개발사의 계획을 대부분 인정하였다. 단 FDA

는 캐나다에서 GM연어의 수정란이 생산되고 파나마에서 육성, 제품화되기 때문에 파나마와 캐나다의 환경에 미

치는 영향에 대해서는 평가하지는 않았다고 하였다. 이후 2011년 미국 백악관에서 검토 중이고 FDA가 GM연어

승인을 지지한다는 내용이 언론 공개된 바 있으나, 당시 미국 대통령 선거와 맞물려 별다른 평가 및 승인절차가

진행되지는 못하였다. 2012년 미국 대선이 끝난 후 다시 승인 철차가 재개되어 FDA는 12년 12월 26일 17년에 걸

친 심사과정의 마지막 단계들 중 하나인 환경영향평가(Environmental Assessment) 초안을 통해 환경영향이 발

견되지 않는다는 문서(Finding of No Significant Impact)를 공개하였다. 미국의 환경정책법에 따라 60일간의 공

공의견 수렴을 연방 고시에 공지하였고, 해당 의견 수렴기간이 60일 연장되어 2013년 4월 26일에 최종 공식적인

의견 수렴이 종료되었다. FDA는 캐나다나 파나마에서 관할권을 행사할 수는 없지만, 프린스에드워드 섬과 파나

마에 있는 시설들은 FDA에 의해 확인되고 검증을 받았으며, GM연어가 탈출해 야생에서 번식에 성공할 가능성

이 “거의 없다”고 발표했다.

아쿠아어드밴티지 GM연어의 상업화는 캐나다에서의 발안란 생산과 파나마에서의 육성 및 가공, 그리고 미국

으로의 가공 제품을 수송하여 판매한다는 조건이므로 FDA의 승인은 미국뿐만 아니라 캐나다와 파나마의 승인이

반드시 필요하다. 2013년 11월 캐나다 환경청은 관보를 통해서 아쿠아바운티社에게 매년 10만 개의 발안란을 프린

스에드워드 섬에 있는 부화장으로부터 파나마 1,500m 고지의 우림지역의 양식장으로 수출하는 것을 승인한다고

발표하였고, 이는 식용 GM동물의 상업적 목적을 위한 최초의 외국 수출 승인 사례로 기록되게 되었다. 캐나다 정

부 대변인은 이번 승인이 캐나다에서 GM연어의 소비와 판매를 승인하는 것이 아니며, 발안란 생산에 국한된 승

인일 뿐, 아직 캐나다에서 인간 식용 목적의 GM어류 승인은 현재까지 없다고 분명히 하였다. 그러나 이번 결정이

GM동물 실용화에 큰 이정표가 될 것이며, 이후 연속적인 많은 사례에 큰 영향을 끼치게 될 것으로 보인다. 파나

마 환경단체들 역시 아쿠아바운티社의 양식장 지역에 대한 충분한 평가와 조사가 이루어지지 않았다고 주장. 그간

의 기후 재난(폭풍 등)에 의한 일반양식장 시설의 파손 경험들을 들어 아쿠아바운티社가 계획하고 있는 시설 안전

성이 부족함을 주장하고 있다.

연도 주요 사안 및 결정

1989 고속성장 GM대서양 연어 첫 개발

1995 GM연어 상업화 승인 신청

2001 GM연어 1차 평가 자료 제출

2009 GM연어 평가 자료 제출 완료 및 생산 현지 시설 점검

2010. 09 FDA GM연어의 상업적 생산에 대한 입장 발표 및 공공의견 수렴

2011 미국 행정부 검토

2012. 12 FDA 환경평가 결과 “영향 없음” 최종 평가 문서 공개

2013. 04 연장된 공공의견 수렴 종료

2013. 11 캐나다 환경청 GM연어 수정란 생산 승인

2014년 이후 GH 과발현이 GM어류의 식욕 및 먹이섭취 행동에 미치는 다면발현 평가

표 3-6-22 아쿠아바운티社 GM연어의 심사승인 관련 주요 경과

2012년 미국 FDA의 승인입장을 담은 환경영향평가 문서 공개와, 2013년 캐나다 환경청의 GM연어 발안란 생산

승인에도 불구하고, 아쿠아바운티社의 GM연어가 미국에서 판매 개시되어 미국 소비자들의 구매까지 다다르기에

는 아직 여러 종류의 난제들을 해결해야 하기 때문에 일정 기간이 필요할 것으로 예상된다. 많은 환경 단체 및 소비

자 단체들, 그리고 GM기술에 반대의 정치적 입장을 보이는 미국 의원들의 문제제기와 재평가 요구에 대해서 아쿠

아바운티社는 설득과 적절한 대응이 필요할 것으로 보인다. 2013년 3월 미국 알래스카 의원들은 GM연어 재평가

요구를 결의함으로써 GM연어에 반대하는 입장을 확인하는 ‘공동 결의안’을 무기명 투표로 통과시켰고, 해당 결의

안은 FDA에 GM연어가 환경에 심각한 영향을 끼치지 않을 것이라는 예비평가 결과의 재평가를 요구하고 있으며,

만일 GM연어가 최종적으로 승인되는 경우 GM연어에 대한 표시를 의무화할 것을 요구한 바 있다. 미국 내 소비자

제6절 어

류

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

단체들 역시 2012년 FDA의 승인 입장 공개 이후 즉각적인 반대 입장을 표명하고 있다. 이러한 GM 반대 그룹은 미

국의 주요 소매업체에게 GM연어의 취급을 거부하라고 요구하고 있으며 슈퍼마켓에 GM-free 해산물 서약을 요구

하는 성명서를 제시하였다. 이에 여러 미국 대형유통 업체 및 할인마트 들은 GM연어가 최종 승인되더라도 판매하

지 않겠다는 거부 입장을 발표하는 등, 보수적 입장을 취한 채 소비자들의 GM연어에 대한 의견을 주시하고 있다.

GM발안란 생산이 이루어지는 캐나다에서도 GM연어 생산에 반대하는 움직임이 증가하고 있다.

2013년 캐나다 환경청의 발안란 생산 승인 이후, 2014년 캐나다 환경단체들이 캐나다 환경부의 GM대서양연어

알 생산 승인 결정에 대한 소송을 제기하였다. 이번 소송은 연방부처가 자체 법규를 준수하지 않았으며, 프린스에

드워드 섬에서 미국 회사가 알을 생산하기 전에 전반적인 위해성평가를 실시할 것을 요구하고 있다. 파나마에서도

아쿠아바운티社의 GM연어 육성어 생산과 관련하여 문제제기가 이루어지고 있다.

2014년 10월, 파나마 환경 당국은 아쿠아바운티社가 2012년 해당 육성시설에서 실험을 진행하면서 양식시설 및

해당 지역의 관리를 적절히 관리하지 못하였으며, 특히 주변 지역의 물 사용 및 해당 환경의 오염원 관리 등에서 규

정을 반복적으로 위반하였다고 결정하였고, 이에 대한 과징금을 부과한다고 발표하였다. 아쿠아바운티社는 환경

당국의 결정에 대해서 반박을 발표하며, 이러한 문제는 단지 자연 환경의 관리적인 문제일 뿐이며, 이미 지적된 사

항은 모두 처리된 상태라고 주장하고 있다.

이러한 파나마 환경 당국의 결정이 앞으로 다가올 미국 FDA의 GM연어에 대한 최종 승인 결정에 어떠한 영향

을 미칠지 여부에 대해서 여러 단체들은 주목하고 있다. FDA 대변인은 성명을 통해서 이번 파나마에서의 아쿠아

바운티社의 문제는 이미 2012년의 조사에서 나타난 것이라고 하였지만, FDA는 최종 승인을 위해 모든 가능한 요

인을 종합적으로 검토할 수 있음을 밝히기도 하였다. FDA는 현재 아쿠아바운티社의 GM연어에 대한 최종 검토

가 진행되고 있고 곧 결정이 내려 질 것이라는 입장을 반복하고 있을 뿐 승인 일정에 대한 언급은 회피하고 있다.

많은 환경론자 및 GM 반대 입장 단체들에서는 이번 파나마에서의 사안이 FDA의 성급한 진행 과정 자체에서 야

기될 수밖에 없는 미국의 GM 규제 방식의 근본적인 취약점을 드러낸 것이라고 비판하고 있으며 아직도 소비자 단

체 및 NGO단체에서는 GM대서양연어의 평가가 불완전하고 평가 절차가 보다 투명, 보완되어야 한다는 입장하에

청원을 지속하고 있다. 아울러 GM연어의 상업적 생산 및 미국 내 판매에 있어 변수 중 하나로서 아쿠아바운티社의

재정적 압박 문제가 제기되고 있다.

아쿠아바운티社의 최고 경영자는 그간 GM연어 개발과 실용화 추진을 위해 7,000만 달러를 투입하여왔으나,

FDA의 “환경영향 없음” 결정 이후에도 최종 승인이 이루어지지 않아 회사 경영에 막대한 자금 압박을 받고 있으

며, 특히 최종 승인 지연에 대한 이유가 불명확하기 때문에 투자 유치에 심각한 어려움이 있음을 수차례 밝힌 바 있

다. 아쿠아바운티社의 경우 1991년 회사 설립 이후 GM연어 개발에 집중하였고 그 외 다른 제품들의 준비된 파이

프라인을 갖고 있지 않다는 점에서 재정적 어려움의 극복이 쉽지 않다는 것이 관련 전문가들의 견해가 많다. 또한

비록 미국의 최종 승인과 파나마의 육성어 승인이 예상되기는 하지만, 승인된다 하더라도 FDA의 승인 시설에서

만 생산, 육성, 가공 후 미국에서 판매할 수 있으므로 현재 승인 신청된 시설의 규모를 가정할 때 파나마 현지에서

의 생산 규모는 연간 약 100톤 정도이며, 따라서 미국에서 연간 수입되는 양(약 23만톤 이상)을 고려할 때 실제 소

비자들의 식탁을 실질적으로 점유하기에는 일정 시간이 소요될 것으로 예상된다. 물론 아쿠아바운티社는 최종 승

인 이후 수정란 및 육성어 생산 시설의 확대와 개편 계획을 밝힌 바 있으나, 각각의 신청 양식시설 및 신청 건별 개

별적인 승인이 원칙적으로 필요하기 때문에 이 역시 이른 시간 내 GM연어 생산 규모의 확대는 예측하기 어렵다.

현재 GM연어의 최종 승인과 관련하여 FDA 및 관련 당국은 2010년 이후 기본적으로 승인에 긍정적인 입장을 보

여 왔으나 최종 승인의 정확한 일정은 예측하기 어려운 상태이고, 당국이 결정을 유보하고 있는 이유는 과학적 근

거에 따른 위해성평가 결과와는 별도로 소비자 및 대중이 식용 GM동물 제품에 대한 입장 추이를 지켜보고 있다고

여겨진다. 미국이 GM연어를 승인할 경우, 전 세계적으로 인류가 식용 목적의 GM동물의 상업화를 승인하는 첫 사

례가 될 것이며, 이는 미국 외 여러 국가들에서 개발한 바 있는 다양한 고속성장 GM어류들의 실용화를 빠르게 촉

진시킬 것은 자명하다. 때문에 관련 학계, 환경단체, 소비자 단체들은 아쿠아바운티社의 GM연어 최종 승인에 대

하여 보다 신중한 판단을 요구하고 있다.

나. 형광관상어류 상업화 동향

식용 목적의 GM어류와는 달리, 상대적으로 윤리적 및 생태학적 위해성 측면에서의 거부감이 덜한 GM관상어

류 계통들은 이미 최초 상업화가 개시된 지 10년 이상이 경과한 시점에 이르렀다. 이들 GM관상어류들은 소형 관상

어류를 대상으로 해파리 또는 산호의 형광단백질 유전자를 주입하여 자연조건 및 특수 조명하에서 강한 형광 표현

형을 나타내는 GM어류들로서 미국 텍사스 주 오스틴에 위치한 요크타운테크놀로지社(Yorktown Technologies)

가 제브라피시를 처음 대상으로 개발한 글로피시(GloFishⓇ; http://www.glofish.com) 상품과 대만의 최대 관상어

회사인 타이콩社(Taikong Corporation; http://www.azoo.com.tw)에서 송사리(TK-1Ⓡ)와 제브라피시(TK-2Ⓡ)를

대상으로 개발한 형광 어류 상품들이 현재 상업적 판매가 이루어지고 있는 GM관상어류들의 주를 이룬다. 이들 개

발사들은 상용화 초기에 특정 소형 종에 국한하여 몇몇의 형광 어류 제품들을 판매하기 시작하였으나, 이후 다양한

형광 표현형을 기존 어종에 추가함은 물론, 형광 관상어 개발을 다양한 종류의 어종으로 확대 개발하여 오고 있다.

(출처: http://www.glofish.com/)

그림 3-6-49 Glofish의 GM형광 어류 홈페이지 소개

제6절 어

류

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

(출처: http://www.azoo.com.tw/front/bin/home.phtml)

그림 3-6-50 타이콩社의 GM형광어류 제품 판매 소개 홈페이지 소개

GlofishⓇ의 경우 판매를 시작한 2004년 당시 3종류의 형광 색상을(빨강, 노랑, 초록) 표현하는 제브라피시 상

품을 판매하였으나, 이후 형광색의 추가와 개선 작업을 통해 현재 5개의 제품들을 판매하고 있다(빨강–Star fire

RedⓇ Danios, 주황–Sunburst OrangeⓇ Danios, 보라–Galactic PurpleⓇ Danios, 청색–Cosmic BlueⓇ Danios,

녹색–Electric GreenⓇ Danios). 동 개발사는 제브라피시 외에 여러 어종에 대한 형광 GM관상어류 개발에 착수

하여 2012년부터 형광 테트라(Skirt white tetra; Gymnocorymbus ternetzi)를 개발, 상업적 판매를 시작하였고

이후 지속적인 형광색의 추가 개발을 통해 현재 녹색(Electric GreenⓇ Tetra), 분홍(Moonrise PinkⓇ Tetra), 보

라(Galactic PurpleⓇv Tetra), 주황(Sunburst OrangeⓇ Tetra), 빨강(Star fire RedⓇ Tetra) 및 파랑(Cosmic BlueⓇ

Tetra) 총 6개의 색상을 판매하고 있다. 아울러 2012년 바브(Barb, Puntius tetrazona)를 대상으로 녹색 형광제품

을 개발하여 판매를 개시하였고 최근(2015년 2월) 줄무늬 계통에 새로이 녹색 형광을 탑재시킴으로써 녹색 형광 바

브(Electric GreenⓇ Barb)의 고 선명도 제품(“Hi-Contrast”)을 출시하여 기존 형광 바브 제품을 대체한다고 밝힌

바 있다. 반면, 타이콩社의 경우, TK-1 브랜드로서 송사리를 대상으로 녹색(GFP) 및 적색(RFP) 형광, 그리고 이들

의 혼합색인 주황 형광이 획득된 6종류의 제품을 판매하고 있으며, TK-2의 경우 제브라피시의 다양한 숙주 계통

들을(줄무늬 유무, 지느러미 모양 등) 대상으로 14개의 제품을, 그리고 최근 부위별로 다른 형광색을 띄는 제브라

피시를 TK-3 Fluorescent zebra- Candycane 이라는 제품명으로 판매를 하고 있다.

형광 관상어 GloFish 제품이 미국에 소개되었을 때, 환경위해성평가에 대한 요구와 논란 등이 있었으나, 2003

년 FDA는 “열대 관상어류는 식품 목적으로 사용되지 않기 때문에 식품공급에 문제를 야기시키지 않으며, 그간 제

브라피시가 미국에서 오랫동안 판매되었던 경험에 비추어, 형광 제브라피시가 일반 제브라피시보다 환경에 더 위

험하다는 근거를 찾을 수 없고, 이에 국민 건강에 명확한 위해성이 없는 상황에서 FDA는 이들 어류를 규제할 이

유가 없음”과 같이 입장 발표를 한 바 있다. 물론 이후 미국 내 NGO단체들의 환경위해성 문제 및 GM제품의 보다

높은 수준의 규제를 요구하는 청원이 있었으나 대부분 해소되었거나 기각되었고, 현재 GloFish 제품은 미국에 국

한하여 판매가 이루어지고 있다. 최근까지 미국 내 49개 주에서 GloFish 상업적 판매가 이루어져 왔으나 그간 캘

리포니아 주에서는 GM동물에 대한 전면적인 금지 정책에 따라 GloFish의 판매가 허용되지 않은 상태였다. 그러

나 올해 초(2015년 2월) 캘리포니아 주 정부(California Department Fish & Wildlife)에서 GloFish가 캘리포니아

토속어종과 야생동물에게 예측 가능한 위험이 없음을 발표하면서, 캘리포니아 주에서도 GloFish의 합법적인 판

매가 허용되게 되었다.

이처럼 GM관상어류의 경우, 식용 목적의 GM어류와 비교 시 위해성평가와 규제 측면에서 상대적으로 상업화

가 용이하다는 점을 들어, 그 해당 시장은 점차 확대되리라 전망된다. 특히, 여러 국가들에서 관상어 시장 규모가

증가하고 있다는 점을 고려할 때, 현재 기 판매되고 있는 형광 관상어뿐만 아니라 다양한 어종을 대상으로 한 새로

운 형광 관상어 개발이 가속화될 것으로 예상되고, 현재는 개발사의 국내 판매만이 이루어지고 있지만 가까운 시

일 내 상업적 판매를 위한 형광 GM어류의 국가 간 이동 움직임이 있을 것으로 예상된다.

3. 전망

전 세계적으로 GM어류의 연구개발은 1980년대 말∼1990년대 초에 시작되어 상대적으로 짧은 연구개발 역사에

도 불구하고 차세대 어류 육종 기술로서 다양한 연구 모델을 제공하여 왔음은 물론, 수산양식업의 생산성 증대를

주도할 새로운 대안으로서 그 잠재력을 인정받아 오고 있다. 이미 수산양식 분야에서는 GM연어와 같이 고속성장

형질이 탑재된 제1세대 일부 GM어류 계통들이 실용화 추진 단계로 진입하였으며, 이 중 아쿠아바운티社의 GM대

서양연어는 FDA의 식품 및 환경 위해성심사가 완료되어 상업적 판매를 위한 미국 정부의 최종 승인 결정만을 남

겨둔 상태이다. 해당 GM연어 제품이 최종 승인될 경우 인류 최초의 유전자변형 식용 동물로서 GM동물 개발사에

남게 될 것이다. 반면 형광 GM관상어류의 산업은, 2000년대 초반 최초의 애완용 GM동물로서 출시된 이래, 특정

국가들에서 상업적 판매가 이루어진지 10년 이상이 경과하였다. 대형 식용 GM어류에 비해 상대적으로 개발, 시설

유지 및 관리 비용이 적게 든다는 점, 윤리적 거부감 및 규제의 정도가 낮다는 점 등의 이유로 앞으로 여러 국가들

에서 GM관상어류의 개발과 실용화 추진이 가속화될 것으로 전망된다.

비록 아직까지 관상용 외에 GM어류 품종의 상업적 판매에 관한 최종 승인이 이루어지진 않고 있지만, GM연어

가 승인될 경우, 가까운 시일 내 여러 국가들에서는 GM어류의 연구개발과 실용화 추진 노력이 급속도로 뒤따를 것

으로 예상된다. 앞서의 최근 연구개발 사례에서 보듯이 GM어류의 대상 형질 역시 속성장뿐만 아니라 질병저항성,

대사조절, 환경감시, 저오염 배출, 고영양, 유용물질 생산 등 다양한 표현형으로 확대될 것은 자명하며, GM어류의

이용 분야 역시 여러 바이오산업 분야들과 연계될 것으로 전망된다.

제6절 어

류

제6장

제1장

3부

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제1장

3부

제7절 미생물

인간은 예로부터 눈에 보이지 않는 미생물의 존재를 인지하고 이를 다양한 분야에서 이용해왔다. 이집트인들

은 기원전 4000년에 효모를 이용하여 맥주를 만들었으며, 로마인의 경우 효모를 이용하여 빵을 제조하였고 우리

나라의 경우 김치, 된장과 같은 발효식품에 미생물을 사용하였다. 이렇듯 경험적으로 이용되어 오던 미생물은 루

이스 파스퇴르에 의해 학문적으로 자리 잡을 수 있었다. 파스퇴르는 눈으로 관측할 수 있는 형태인 미생물 콜로니

를 제시하였고 단일 종에 대하여 처음으로 순수배양을 시도하여 본격적으로 미생물 연구를 시작할 수 있는 길을

열어 주었다.

1953년 DNA의 구조 해명을 시작으로 생명현상을 분자적 수준으로 들여다 볼 수 있는 다양한 실험적 기술이 개

발됨에 따라 유전자변형미생물(Genetic modified microorganism, 이하 ‘GM미생물’)을 만들 수 있게 되었다. 첫

GM미생물은 1978년 허버트 보이어가 인간의 인슐린 유전자를 플라스미드 DNA에 도입한 대장균이다. 이를 시작

으로 합성생물학이 대두하여 기존에 존재하고 있는 대사회로를 도입하거나 새로운 대사회로를 만들어 기존에 생

산할 수 없었던 물질을 미생물에서 생산하고 있다.

최근에는 유전정보 시퀀싱 기술, 빅데이터 처리 기술, 효과적인 유전자조작도구 및 효소개량기술 등의 고도로

발전된 과학기술이 바탕으로 빠르고 효과적인 GM미생물 제작이 이루어지고 있다 (그림 3-6-51). 또한 앞으로는

더욱더 발전된 기술력을 기반으로 유전적으로 합성이 불가능한 물질을 생산해내거나 바이오리파이너리로는 생산

성이 떨어졌던 물질들의 경제성을 높여 주는 방향으로 GM미생물의 상업적 이용이 더욱 활발히 진행될 것으로 예

상된다. 본 지에서는 현재 개발되었거나 연구되고 있는 다양한 GM미생물 들 중에서 의약품과 에너지 관련 분야

에 집중하여 다루었다.

그림 3-6-51 재조합 미생물 연구개발 동향

1. GM미생물의 최근 연구개발 동향　

과거의 GM미생물 개발이 단순한 유전자 조작기술 기반의 시행착오적 접근이었다고 하면 최근의 GM미생물

개발은 미생물 전체의 대사과정을 분석하고 그에 기반하여 하나의 유전자 조작이 아닌 복수의 유전자를 통합적으

로 조절함으로써 생산성을 극대화하는 방향으로 균주개발이 이루어지고 있다. 이와 관련하여 대사공학 및 합성생

물학 분야가 크게 발전하고 있으며 이를 이용한 친환경적 바이오리파이너리 산업으로의 활용이 활발하게 진행되

고 있다.

미생물 대사공학(Metabolic engineering)은 기존의 물질대사 과정 경로에 유전자변형기술 및 다양한 생명공학

적 기술로 조작을 가하거나 새로운 물질 대사 경로를 도입하는 기술을 의미한다. 1991년 J. E. Bailey 박사가 처음

으로 대사공학의 개념을 정립하였고, 이 기술을 통하여 만들어진 각종 산업용 미생물 균주들은 식품, 바이오연료,

바이오플라스틱 등을 생산하며 이미 우리 실생활에 널리 이용되고 있다(표 3-6-23). 과거의 대사공학 연구는 단

순히 몇 가지 효소를 도입 또는 제거하거나 그 발현양을 조절하는 방향이었으나, 최근에는 균주 분석을 통하여 미

생물 대사공학에 대한 전반적인 이해가 이루어짐에 따라 자연계에 존재하는 작용을 새로운 방향으로 만들어주는

시스템 대사공학적인 측면의 연구가 진행되고 있다.

구분 생산물 활용미생물

당알콜

설탕대체 감미류

Xylitol Candida효모 재조합 S. Cerevisiae

Erythritol C. Magnoliae M26

ManntitolSorbitol L. Plantarum、 L. Lactis

2차 대사산물

Carotenoid 재조합대장균

Coenzyme Q10 효모, Rhodopseudomonas sphaeroidesAgrobacterium tumetaciens

Vanillin E. coil의 대사공학적 접근

비타민Vitamin B12 Pseudomonas denitrificans, Bacillus megaterium, Propionibacterium

Riboflavin 세균, 효모, 곰팡이류

아미노산

L-glutamateL-lysin C. glutamicum

Serine C. glutamicum

저칼로리당

PrebioticTagatose L. lactis

Trehalose Propionibacterium

제7절 미

생물

제6장

(다음 페이지 계속)

제1장

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제1장

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유기산

Lactic acid Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuco-nostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus,

Succinic acidAnaerobiospirillum succiniciproducens

Actinobacillus succinogenesE. coil NZN111 E. coil AFP111

(출처: BioSafety vol.14 no.3 2013)

표 3-6-23 대사공학을 이용한 식품 첨가물 생산 사례

합성생물학(Synthetic Biology)은 생명과학적 이해의 바탕에 공학적 관점을 도입한 학문으로 자연 세계에 존

재하지 않는 생물 구성요소와 시스템을 설계, 제작하거나 자연 세계에 존재하는 생물 시스템을 재설계, 제작하는

두 가지 분야를 포함하는 학문이다. 매사추세츠공과대학(MIT)이 발행하는 과학잡지 테크놀로지 리뷰(Technology

Review) 2004년 2월호가 선정한 ‘우리 세상을 바꿀 10대 신기술(10 Emerging Technologies That Will Change

Your World)’ 가운데 2번째로 합성생물학을 꼽으면서 세계 과학계의 주목을 받았다. 합성생물학은 지난 10여 년간

유전자변형이 상대적으로 쉽고 분자생물학적 지식이 가장 많이 축적된 대장균이나 효모 같은 미생물에서 주로 이

루어져왔다. 새로운 목표 물질을 위한 균주의 제작하기 위하여 반도체 칩과 같은 유전자회로 설계도를 그린 다음

규명된 생물학적 부품들을 적절히 배치하는 방법으로 연구가 진행되고 있다.

바이오리파이너리(Biorefinery)는 기존 산업 체계에서의 오일 리파이너리(Oil Refinery, 석유 정제)를 대체하여

사탕수수, 목재류 등 재생 가능한 식물자원을 활용한 에너지, 연료 및 화학제품을 생산하는 공정 기술을 말한다.

바이오에탄올, 바이오디젤 등과 같은 연료뿐만 아니라 바이오플라스틱 등의 화학제품까지 생산할 수 있기 때문에

전 세계적으로 차세대 연료 및 화학제품 공정 기술로 주목받고 있다. 미국은 이러한 바이오리파이너리 시장을 가

장 적극적으로 개척하려는 움직임을 보이고 있다. 지난 2002년 10월, ‘미국의 바이오 에너지와 바이오 제품의 비전’

을 발표하면서 2030년까지 바이오 연료는 연평균 15%, 바이오 제품은 연평균 5.7%의 시장 확대를 목표로 하는 바

이오리파이너리 산업 창출 장기 전략을 밝혔다. 유럽에서도 생물산업협회를 통해 유럽 전체 바이오화학기술의 육

성방안을 수립하는 한편, 네덜란드, 독일 등 개별 국가들도 국가별 연구개발을 지원하고 있다. 산업계의 움직임도

활발하여 세계적인 화학기업인 듀폰, 다우, 바스프 등은 바이오전문기업과 기술제휴를 통해 각종 화학원료를 생산

하고 있으며, 그 종류와 양은 급속한 증가 추세에 있다.

가. 국내 GM미생물 연구개발의 최근 동향

(1) 미생물 생체정보 활용 기술 및 효과적인 조작 기술 개발

연세대 시스템생물학과 김지현 교수는 대장균의 생명현상과 관련된 중요한 생체정보를 규명해 내었다. 산업적

으로 매우 중요한 미생물인 대장균은 석유화학을 대신할 각종 친환경 바이오 화학 제품 개발에 이용되고 있어 작은

세포공장(cell factory)라 불리는데, 고효율의 맞춤형 미생물을 개발하기 위해서는 생체 네트워크에 대한 시스템 수

준의 이해가 필요하다. 이를 위하여 합동 연구팀은 연구에 가장 많이 활용되는 대장균 2종(대장균 B와 K-12)의 전

사체, 단백질체, 형질체 정보를 확보한 후 컴퓨터 모델링을 통하여 두 균주의 특성을 분석 비교하는 데 성공하였다.

KAIST 이상엽 교수 연구팀은 합성 조절 RNA 기술을 활용하여 미생물 균주를 친환경적으로 쉽고 빠르게 대량

생산할 수 있는 우수한 세포공장을 개발하였다. 기존의 효율적인 미생물 선별 과정에서는 미생물의 유전자를 하나

씩 조작해보는 방식을 이용하여 복잡하고 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다. 그러나 이 신기술을 이용하면 수

개월이 소요되던 실험 과정을 수일로 단축할 수 있어 바이오에너지, 의약품, 친환경 소재 등을 세포공장에서 보다

쉽고 빠르게 생산할 수 있을 것으로 전망된다.

(2) 유전자변형 대장균에서 가솔린 생산

KAIST 이상엽 교수 연구팀은 대사공학적으로 개발된 미생물을 이용하여 바이오매스로부터 가솔린(휘발유)을

생산하는 기술을 개발하였다. 이 기술은 나무 찌꺼기와 잡초 등 풍부한 비식용 바이오매스를 이용해 기존 석유화

학제품을 생산할 수 있다는 점에서 바이오리파이너리 측면에서도 매우 높은 가치를 가진다. 연구팀은 지방산 합성

을 저해하는 요소를 제거하고 지방산의 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새롭게 발견, 개량된 효

소를 도입해 미생물에서 생산하기 어려운 가솔린 생산에 성공해냈다. 이뿐만 아니라 이 기술을 활용하면 재생 가

능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcolhols) 및

바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대

체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.

나. 국외 GM미생물 연구개발의 최근 동향

(1) GM미생물 기반 프로판 생산

런던 임페리얼 대학(Imperial College)의 패트릭 존스(Patrik Jones) 연구진은 최근 실험을 통해 GM대장균을 이

용해 포도당에서 프로판을 얻는 데 성공했다. 자동차에 동력을, 그리고 가정에는 열을 공급할 수 있는 액체천연가

스(LPG)의 주성분인 프로판은 지금까지는 오직 화석연료에서만 얻을 수 있었다. 그러나 연구팀은 다양한 효소들

(thioesterase)의 도입을 통하여 대장균 내의 지방산 생합성 경로를 다양화하였고, 이 후 두 가지 종류의 효소를 추

가 도입하여 지방산을 최종산물인 프로판으로 전환시켜 내었다. 이러한 연구 역시 기존의 석유기반의 화학제품 생

산을 대체할 수 있는 바이오매스와 미생물을 이용한 패러다임의 변화를 보여주는 결과이다.

(2)GM미생물 기반 백신 생산

텍사스대학의 스페판 트렌트 (Stephen Trent) 박사 연구팀이 독감, 백일해, 콜레라, HPV와 같은 여러 전염병에

대한 백신의 효과를 높여줄 수 있는 61종의 GM미생물을 개발했다. 연구팀이 개발한 GM대장균들은 사람의 면역반

응을 높이기 위하여 백신에 추가되는 성분인 생물학적 항원보강제(adjuvants) 역할을 수행할 수 있다고 한다. 지금

제7절 미

생물

제6장

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제1장

3부

까지 가장 많이 이용된 항원보강제는 알루미늄 염 화합물이지만, 2009년에 미국 FDA는 변형된 내독소(endotoxin)

가 항원보강제로 첨가된 새로운 HPV 백신을 허가하였다. 연구팀은 이들 대장균 균주의 미세한 유전자변형을 통하

여 항원보강제의 특성을 세밀하게 조절하고 시험하여 이들이 어떻게 면역계와 상호작용하는지를 연구하고 있다.

2. GM미생물의 상업화 동향

가. 국내 GM미생물 상업화 현황

GM미생물을 이용하기 위해서는 GM미생물에 대한 위해성평가 및 심사, 이용승인, 생산공정이용 시설의 등록

이 필요하다. 이러한 과정들은 많은 시간과 비용을 소모해야 하며 다양한 허가를 받아야 하기에 아직 등록된 GM

미생물은 2건 정도에 불과하다. 미생물을 이용하는 많은 기업들은 이를 대체하기 위해서 GM미생물보다는 본래 미

생물이 가지고 있는 유전자를 이용하여 균주를 개량하고 있다.

(1) 제일제당(CJ) 효소생산 GM미생물

제일제당(CJ)에서 L-아라비노오스 이성화효소 생산, D-사이코스-3-이성화효소 생산을 목적으로 일반적으로

안전하다고 여겨지는(GRAS) 미생물인 코리네박테리움 글루타미쿰을 이용하였다. 또한 Thermotoga neapolitana

의 L-아라비노오스 이상화효소의 유전자와 Agrobacterium tumefaciens의 D-사이코스-3-이성화효소의 유전

자를 외래유전자로서 도입하였다. D-타가토오스의 경우 과일, 우유, 치즈 등에 미량 존재하는 단맛으로 자연 유래

의 기능성 소재로써, 현재 미국, 인도, 스페인, 노르웨이, 덴마크 등으로 활발하게 수출하고 있다. D-사이코스의

경우 혈당을 올리지 않는 설탕으로 알려져 있는 기능성 당류이다. 제일제당은 이러한 재조합 GM미생물을 사용하

여 고부가가치 상품을 재조해 2015년 기준으로 매출 1조 원을 기대하고 있다.

(2) 국내 GM미생물 특허 사례

국내의 경우 현재 허가된 재조합 미생물은 2건이지만 많은 기업이 재조합 미생물을 연구하고 있으며 개량되지 않은

다양한 미생물들을 특허로 등록하고 있다. 2014년 기준 10,097건이 등록되어 있고 이 수치는 일본 10,693건과 견주어 전

혀 적지 않은 숫자를 보여 주고 있고, 이러한 미생물들을 기반으로 앞으로 다양한 상업화가 이루어질 것으로 기대한다.

나. 국외 GM미생물 상업화 현황

국외에는 100년이 넘게 축적된 생명공학적 기술력과 생산 공정 노하우를 바탕으로 많은 GM미생물들이 상업화

되어 사용되고 있으며, 크게 3가지 - Red biotechnology(의약), Green biotechnology(농업), White biotechnolo-

gy(환경) - 산업 분야에서 GM미생물 상업화 현황은 아래와 같다.

(1) Red biotechnology

1982년 최초로 FDA승인된 미생물 생산 인슐린을 시작으로 인간 성장호르몬, IFN γ 등 다양한 의약단백질이

개발되어 상품화되었다. 현재까지도 활발하게 생산되는 이들 대부분의 제제들은 주로 대장균에서 생산되며 시장

에서 중요한 위치를 계속해서 유지하고 있다(표 3-6-24). 단일클론항체는 이러한 의약단백질 중에서 가장 큰 상

업적 가치를 가지는 단백질이다. 현재 시판 중인 단일클론항체의 경우 Chinese hamster ovary cell(CHO cell)이

라고 불리는 진핵세포에서 생산되고 있지만 대장균을 기반으로 생산하고자 하는 노력이 계속해서 이어지고 있다.

일본의 아지노모토사는 2014년에 GRAS 미생물인 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)

에서 면역글로불린의 중요한 부분인 Fab fragment를 생산하여 Corynex라는 상품명으로 판매하였다. 의약 단백

질을 제외한 가장 성공한 GM미생물 의약품 생산 사례로 ArtemisininⓇ가 있다. 이 상품은 Artemisia annua라는

식물에서 발굴된 물질로서 말라리아 치료에 효과가 있다는 것이 밝혀졌으나. 경제적으로 약성분을 추출한다는 것

은 매우 어려운 일이었다. 이를 해결하고자 빌 게이츠 재단의 후원으로 연구가 진행된 결과 GM미생물에서 생산

할 수 있는 공정개발에 성공하였다. 이러한 새로운 GM미생물 생산공정을 이용하여 기존 식물재배를 통한 생산보

다 3배 빠른 생산이 가능하게 되었고, 2014년에만 60톤의 제품을 생산하며 GM미생물 의약품에서 중요한 위치를

유지하고 있다.

보통명 생산균주 효능 주요제품

인슐린 E. coli 인슐린 생산Humulin(Eli Lilly &Co, USA),

Novoinsulin(Novo Nordisk, Denmark)

소마트로핀 E. coli 인간 성장호르몬

Genotropin(Pharmacia AB, Sweden),Humatrope(Eli Lilly &Co, USA),

Scitropin(Biotechnology General, Israel)

인터페론 E. coli항 바이러스

단백질

Roferon A(F Hoffmann La Roche, Switzerland),Intron A(Schering-Plough, Ireland),

Imukin(BoehringerIngelheim, Austria)

G-CSF E. coli 백혈구제제Neupogen(Amgen, USA),

Leucomax(Schering-Plough, Ireland)

히루딘Saccharomyces

cerevisiae혈액응고제 Refludan(RousselUclaf, France)

Hepatitis Saccharomycescerevisiae

항 간염바이러스

단백질

Engerix-B(Smithkline Beecham,BiologicalsSA, Belgium),

HBvax II(Merck &Co Inc, USA)

표 3-6-24 재조합 미생물에서 생산되는 주요 의약단백질

제7절 미

생물

제6장

제1장

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제1장

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(2) Green biotechnology

농업분야에서는 기존 화학비료를 과다하게 이용했을 때의 생산성 악화, 작물병 증가 등의 단점으로 인해 미생

물 비료의 필요성이 대두되었고, 이는 다양한 미생물 살충제 및 비료 개발로 이어지고 있다. 이러한 미생물 살충

제 상품들은 미생물이 생산하는 2차 대사산물을 통해 해충을 제거한 후에 쉽게 분해되어 없어지는 특성을 가진다.

즉, 기존의 합성 살충제처럼 작물에 축적되지 않기 때문에 인간이 최종적으로 섭취할 때 유해 물질이 전혀 남아 있

지 않게 된다. 가장 대표적으로 쓰이는 미생물은 Bicillus thuringiensis(Bt)이고 전체의 90%를 차지한다. 미생물 비

료 분야는 전 세계적으로는 아직 큰 시장을 차지하지 않고 있지만 국내의 경우 2010년 미생물비료를 10% 까지 이

용하였다. 또한 Cargil, Monsanto 등 세계적인 종자회사에서도 개발을 진행하고 있기 때문에 그 시장은 앞으로도

계속해서 커져 나갈 것으로 기대된다.

(3) White biotechnology

기존의 석유화학산업을 대체하고 또한 기존에 없었던 새로운 물질을 생산하고자 다양한 GM미생물들이 이용되

고 있다. 가장 대표적인 사례로 미국의 Genomatica와 Dupont이 플라스틱과 섬유의 원료 중에 하나인 부탄디올

(Butanediol)을 GM대장균을 활용해 식물의 당으로부터 합성하였으며 2012년 후반부터 500만 파운드(약 2,268톤)

규모로 생산하고 있다. 또한 미국의 BioAmber社에서 고분자 원료로 사용되고 청량음료, 조미료, 염료, 향료 등 다

양한 산업 분야에서 폭넓게 사용되고 있는 숙신산을 대량생산 해내었다. 이 회사는 대장균로부터 생산되는 촉매를

이용하여 연간 2만 톤 규모의 숙신산 생산에 성공하였으며 이 기술로 2011년 미 청정화학 대통령상을 수상하였다.

석유화학산업이 대체할 수 없는 상업적 효소생산에 있어서도 다양한 GM미생물이 사용되고 있다. 그중에 하나가

세제에 사용되는 효소들로써 프로테아제, 아밀라에제, 셀룰레이즈, 리파아제 등의 다양한 효소들이 사용되고 있다.

그중에서도 특히 리파아제는 매년 13억 톤이 생산되며 약 3천만 달러의 시장규모를 가지고 있다. 이 상품은 알칼

리 환경에서 생존하는 미생물에서 발굴한 리파아제를 GM미생물에서 대량생산하는 과정으로 개발하였다. 생산한

효소는 세제에 첨가되어 세정력을 높이는데, 덴마크의 Novo Nordisk社는 최초로 lipase를 발굴 및 상용화하였다.

3. 향후 전망

최근의 미국에서 시작된 셰일가스 혁명으로 인한 석유 가격인하로 기존의 화학 합성 제품 및 그 부산물을 GM미

생물로 대체 생산하기 위한 연구가 축소되고 있다고 볼 수 있다. 환경적인 측면에서나 지구상에 다양하게 존재하

는 바이오매스를 이용한 바이오리파이너리 산업의 경쟁성은 아직 유효하다. 특히 앞서 언급한 대사공학, 합성생물

학을 기반으로 한 고효율 GM미생물 균주를 개발하려는 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이렇게 개발된 균주는 다

양한 바이오리파이너리 연구에 활용될 것으로 기대된다. 또한 GM미생물을 이용하여 비타민, 아미노산, 항생물질,

산업용 효소 등의 기존의 석유기반의 공정으로는 생산할 수 없었던 고부가 가치의 물질이 개발되고 있다. 앞으로

의 미래에 있어서는 대규모 시퀀싱 기술의 발달과 빅데이터 처리 기술의 발달로 단순히 외래 유전자의 도입, 몇가

지 유전자의 조절에서 벗어나 새로운 미생물을 창조하고자 하고자 하는 단계에 진입하게 될 것이다. 2010년 최초

의 인간유전자 해독을 했던 크레이그 벤터(Craig Venter)는 실험실에서 인공DNA를 통해 생존할 수 있는 미생물을

만들었고 미생물의 유전정보 해독 시간은 불과 몇 주 이내로 줄어들었다. 미생물의 정보와 이를 재창조할 수 있는

기술을 통해 만들어진 재조합 미생물은 앞으로도 그 활용가치가 더욱더 높아질 것으로 기대된다.

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