LMOs 응용 및 산업화

LMOs 응용 및 산업화1)8장

220

▶▶ 제1절 식품분야의 응용

인류는 8,000년 이전부터 식품제조에 생명

공학기술을 이용하여 왔다. 다양한 미생물로

부터 발견된 효소를 이용하여 빵, 술, 식초, 치

즈, 요구르트 등의 음식을 만들어왔던 것이다.

오늘날에도 생명공학기술은 식품제조에 있어

미생물 공정의 향상, 비용 절감, 신제품 개발

등에 많이 이용되고 있다.

이 같은 생명공학기술의 향은 식품산업의

근간이 되는 작물 및 가축의 양, 안전성, 고

품질로 나타난다. 이와 더불어 생명공학기술

은 원료에서부터 최종 제품까지의 여러 과정

의 개선에 많은 도움을 주고 있다. 즉, 자연적

인 향과 빛깔, 효소나 유화제 같은 새로운 보조

제, 효모 배양의 개선, 폐기물 처리 능력 향상,

환경친화적인 제조공정, 제조공정의 식품안전

성 향상, 멸균효과가 있는 생분해성 플라스틱

랩까지 다양한 분야에 적용되고 있다.

1. 원료 개선

제1세 GM작물은 소비자에 한 고려보

다는 생산자인 농민의 구미에 맞는 것이었다.

해충에 저항성이 있는 Bt옥수수를 이용하면

이를 원료로 한 식품 및 사료의 독성을 많이

줄일 수 있지만, 이는 소비자에게는 간접적인

것이었다.

최근 개발되고 있는 제2세 GM작물은 그

혜택이 소비자에게 직접적으로 전달될 것이

예상되는데, 식품의 품질이나 안전성 측면의

개선뿐만 아니라 양성분 개선과 건강 증진

에도 도움이 될 것이다.

(1) 건강 및 양

생명공학기술을 이용해 만든 다양한 건강

식용유가 이미 시중에서 판매되고 있는데, 이

는 생명공학기술을 이용해 식물성 기름에 포

1) 제8장은 ISAAA에서 매년 초 발표하고 있는‘Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops’와 미국생물산업협회에서 2004년에

발간한 자료집「Editor’s and Reporters’Guide」의 관련 부분을 발췌하여 요약 정리했다. 제8장에서 언급하고 있지 않은 작물, 화훼, 나

무, 동물(가축), 미생물(의약용) 등의 유전자변형생물체 연구개발 동향 및 관련 응용 및 산업화에 해서는 제7장을 참고하면 된다.

제3부

유전자변형생물체

및

안전성평가

221

Biosafety white paper 2005

함되어 있는 포화지방산의 함량을 폭 줄인

것이다. 또한 식물성 기름의 리놀렌산을 콜레

스테롤 수치를 감소시킬 수 있는 것으로 알려

진 지방산(주로 물고기에서 발견됨)으로 변환

시킬 수 있게 되었다.

식용유와 관련된 또 다른 우려는 조리과정

도중에 생기는 열안정성과 마가린을 만들기

위해 기름을 고형화 하는 과정에서 생기는 수

소 화합 부산물(전이지방산 형성)에 한 건강

상의 부정적 측면이다. 생명공학기술을 이용

해 수소와의 화합과정을 거치지 않고 자연적

으로 발생하는 지방산 및 스테아르산의 함량

을 높이고, 열안정성 등의 성질은 똑같이 지니

고 있는 두유가 개발되었다. 가축분야 또한

저지방 소고기, 지방보다 살코기가 많은 돼지

고기와 같은 건강 육류를 개발하기 위해 생명

공학기술을 이용하고 있다.

생명공학기술을 이용해 양성분 및 건강상

혜택이 개선된 또 다른 작물로는 개발도상국의

주식 작물이 있다. 뉴델리에 소재하고 있는 네

루 학에서는 남미지역에서 자생하고 있는 아

마란스라는 식물의 유전자를 이용하여 단백질

함량이 30% 증가한 감자를 개발하 다. 이 GM

감자에는 일반 감자에는 들어있지 않은 필수아

미노산도 다량으로 함유되어 있다. 또 다른 예

로는 비타민 A의 함량이 높아진 황금쌀과 캐놀

라유 등이다. 황금쌀의 경우 철분의 함량과 소

화 흡수율을 높일 수 있는 두 가지 유전자를 추

가적으로 도입하기 위한 연구가 진행중이다.

생명공학기술을 이용하면 기능성 식품의 건

강상 혜택을 개선할 수도 있다.

기능성 식품이란 충분한 열량, 필수아미노

산, 비타민, 미네랄 등의 기본적 필요를 넘어서

건강상 이득을 부과할 수 있는 생물학적 활성

성분이 상당 수준 포함되어 있는 식품을 말한

다. 기능성 식품의 예로는 콜레스테롤 저하와

면역체계 개선에 효과가 있는 마늘과 양파의

복합성분, 녹차에서 발견되는 산화 방지제, 항

암 효소를 촉진하는 브로콜리와 양배추의

루코시놀레이트 등이 있다.

생명공학기술을 이용하면 기능성 식품에 들

어 있는 이러한 성분의 생산을 증가시킬 수 있

생명공학기술의 향은 식품산업의 근간이 되는 작물 및 가축의 양, 안전성, 고품질로 나타난다. 생명공학기술은

원료에서부터 최종 제품까지의 여러 과정의 개선에 많은 도움을 주고 있다. 한편, 산업에 이용되는 생명공학기술은

제조공정에 따른 환경적 악 향이 감소시키는데, 섬유∙제지∙정 화학 산업에서는 제조공정을 효율적으로 운

하고있다. 산업적, 환경적지속가능성을달성하기위한열쇠로서도생명공학기술이작용할것으로전망된다.

222

다. 예를 들어 미국 농무부는 퍼듀 학과 공동

으로 산화 방지제의 일종인 리코펜을 일반 품

종보다 3배나 많이 함유하고 있는 GM토마토

를 개발하 다. 리코펜은 전립선암 및 유방암

의 위험을 감소시켜 주며, 혈중 콜레스테롤 수

치를 낮춰주는 것으로 알려져 있다. 또한 미국

농무부에서는 딸기에 포함되어 있는 항암제제

인 엘라직산의 함유량을 높이는 연구를 진행

하고 있다.

(2) 품질 향상

생명공학기술을 이용하면 원료의 특성을 변

화시킬 수 있고 이에 따라 소비자에게는 보다

매력적인 제품을 제공하며 가공과정은 보다

쉬워질 수 있다.

이와 관련하여 주로 연구하는 분야는 △ 신

선 과일 △ 채소의 유통기한 연장 △ 당근, 고

추, 셀러리의 아삭아삭함의 개선 △ 씨 없는 포

도나 멜론의 개발 △ 토마토, 딸기, 라즈베리의

지리적, 계절적 경계의 확장 △ 토마토, 상추,

고추, 완두, 감자 등의 풍미 개선 △ 카페인 없

는 커피나 차의 개발 등으로 다양하다.

일본에서는 양파를 자를 때 눈물이 나게 하

는 화학물질을 만들어내는 효소를 확인하

다. 눈물 없이 자를 수 있는 양파를 개발하기

위한 첫 단계가 시작된 것이다.

식품가공 과정중에 작물 이용도를 개선하기

위한 연구에는 수분과 전분의 함유 비율을 바

꾸는 것 등이 포함된다. 전분 성분이 많은 감자

는 튀길 때 기름을 덜 흡수하기 때문에 건강에

더 좋고, 전분이 많은 감자는 가공과정에서 에

너지가 덜 필요하기 때문에 취급 비용이 적게

든다.

이제 부분의 토마토 가공업자는 소마클로

널변이 선별이라는 생명공학기술에서 유래한

토마토를 이용하고 있다. 수프, 케첩, 토마토

페이스트 등에 이용되는 이 신종 토마토에는

수분이 30% 정도 적게 포함되어 있으며, 가공

효율성이 매우 높다. 미국 토마토 가공업계에

서는 고형성분이 0.5% 증가할 때마다 3,500만

달러의 가치가 창출된다고 발표하고 있다.

원료의 품질개선 효과를 이용하는 또 다른

식품가공 분야는 축산물 업계이다. 뉴질랜드

에서는 치즈 제조에 필수적인 단백질 카세인

이 13% 정도 증가한 우유를 생명공학기술을

이용하여 만들고 있다.

생명공학기술을 이용하면 유용한 성분을 경

제적으로 생산할 수 있는 방법이 개발된다. 예

를 들어 과당의 짧은 사슬로 이루어진 프럭탄

은 설탕 맛이 나지만 칼로리는 전혀 없어 식품

가공업계에서 많이 소비된다. 생명공학기술을

이용하여 사탕무에서 발견되는 당분의 90%를

프럭탄으로 변환시킬 수 있는 유전자를 발견

함에 따라, 유전자변형된 사탕무에서 중량(건

조 상태)의 40%에 달하는 프럭탄을 얻을 수 있

다. 이 GM작물이 프럭탄 제조공장 역할을 한

다고 볼 수 있다.

223


(3) 원료의 안전성

식품안전성과 관련하여 가장 큰 이슈는 세

균에 의한 식품오염으로, 생산에서부터 식탁

에 이르기까지의 유통경로 중 어느 곳에서든

발생할 수 있다. 생명공학기술을 이용하여 축

산물이나 작물에서 발견되는 세균을 감소시킴

으로써 식품원료의 안전성을 개선할 수 있다.

병이나 해충에 저항성이 있는 GM작물은 세

균에 의한 오염가능성이 적어진다. 생명공학

기술을 이용한 신종진단법을 통해 조기에, 정

확하게 세균 질병을 식별함으로써 다른 동식

물에게 오염이 되기 전에 병든 식물이나 가축

을 제거할 수 있다.

생명공학기술을 이용하면 땅콩, 두, 우유

같은 식품에 포함되어 있는 알레르기 성분을

정확히 가려냄으로써 개발 단계에서 제품을

폐기할 수 있다. 8개 식품군에서 전체 식품 알

레르기의 95%가 발견되었지만, 그 식품에 포

함되어 있는 수 많은 단백질 중에서 어떤 것이

알레르기를 일으키는 지를 알 수 없다. 이에 생

명공학기술을 이용하면 알레르기의 원인 단백

질을 식별할 수 있다. 실제로 땅콩, 두, 새우

에서 알레르기 유전자를 제거하거나 발현을

억제하는데 성공한 사례가 있다. 또한 생명공

학기술을 이용해 감자나 카사바 등의 식품에

서 발견되는 자연적인 식물 독성을 감소시켜

원료 농산물의 안전성을 개선하고 있다.

2. 식품가공

지난 20여 년 동안 미생물은 식품가공업계

의 필수적인 요소 다. 특히 맥주, 빵, 치즈, 된

장, 요구르트 등의 발효식품의 생산에서 가장

중요한 역할을 하고 있다. 또한 식품가공 과정

에 이용되는 식품첨가제, 효소 등의 원천 물질

로 미생물이 주로 쓰이고 있다.

(1) 식품발효의 개선

세계의 많은 문화권에서 발효식품은 매우

중요한 역할을 하고 있기 때문에 식품발효에

필요한 미생물의 개량을 위해 많은 과학자들

이 노력하고 있다.

우리가 즐겨 먹는 치즈나 요구르트의 발효

에 쓰이는 박테리아는 바이러스에 쉽게 감염

되기 때문에 식품업계에 손실을 초래할 수도

있다. 이에 유전자재조합기술을 이용하여 바

이러스 감염에 저항성이 있는 박테리아 등의

발효제를 개발하 다. 지난 몇 년 동안의 연구

결과 식품발효에 이용되는 일부 박테리아는

식중독 및 부패를 초래하는 유해 박테리아를

죽일 수 있는 물질을 만들어낸다는 것을 알게

되었다. 이제 생명공학기술을 이용하면 발효

식품의 미생물 오염을 감소시킬 수 있는 자기

방어 메커니즘을 갖춘 미생물 발효제를 만들

어낼 수 있는 것이다.

제3부


및

안전성평가

224

(2) 식품첨가제 및 가공보조제

미생물은 발효제뿐만 아니라 식품가공에 이

용되는 첨가제, 보조제로서도 중요한 역할을

하고 있다. 생명공학기술의 발전은 식품산업

에 미치는 미생물의 가치를 높이고 있다.

식품첨가제는 양 가치의 증가, 부패 지연,

경도의 변화, 풍미의 개선 등에 이용되는 물질

이다. 식품첨가제로 쓰는 성분은 자연 물질 또

는 식물이나 미생물에서 유래한 것으로 크산

검(xanthan gum)이나 구아검(guar gum) 같이

미생물이 생산한 물질이다. 시리얼에 첨가된

아미노산 보조제, 조미료, 비타민 등은 미생물

발효과정을 통해 만들어진다. 생명공학기술을

이용하면 식물이나 미생물에서 발견되지만,

발효시스템에서 부족한 식품첨가제 역할을 할

수 있는 물질을 만들 수 있다.

식품가공업자들은 저지방 제품을 만들면서

지방이나 증점제(thickener) 용으로 식물전

분을 이용한다. 최근에는 전분을 식물에서 추

출하여 화학공정이나 에너지 소비과정을 거쳐

변형한다. 생명공학기술을 이용하여 작물의

전분을 변화시키며, 이에 따라 취급과정을 단

순화하 다.

미생물의 발효과정에서 생산되는 효소는 식

품산업에서 필수적인 가공보조제의 역할을 하

고 있다. 생명공학기술을 이용하여 만들어진

최초의 제품은 치즈 제조에 쓰이는 효소로, 이

전에는 효소를 송아지, 새끼 양, 새끼 염소 등

의 위에서 추출하 지만 현재는 효소 유전자

가 삽입된 미생물로 생산하고 있다.

미생물 세계의 독특한 다양성을 얼마나 우

리가 이용할 수 있는가, 그리고 식품가공에서

필요한 새로운 효소를 얼마나 얻을 수 있는가

에 따라 이용되는 효소의 수는 점점 더 늘어날

전망이다.

▶▶ 제2절 다양한 산업분야의응용

생명공학기술을 의료보건, 농업, 식품 분야

에 적용하면서 언론과 중의 관심을 끌었으

나 이제는 산업 및 환경 분야에 한 적용, 즉

생명공학기술의 제3물결에 관심이 모아지고

있다. 이러한 제3물결은 기존의 제조방식과 경

쟁하고 있으며, 산업적 지속가능성 달성이 가

능한 것으로 평가되고 있다.

산업적 측면에 있어‘지속가능한 발전’이란

오염발생 수준, 자원소비 수준의 근본적인 변

화를 가져올 수 있는‘청정 기술’을 지속적으

로 개발∙개선∙이용할 수 있는 것을 말한다.

따라서 산업적으로 지속가능한 제조과정에서

는 원칙적으로 폐기물을 제거하거나 줄일 수

있어야 하며, 재생 불가능한 원료 및 에너지를

적게 사용하고, 당분이나 전분과 같은 탄수화

물 연료의 사용 비중을 높여야 한다.

225


생물시스템은 인간이 만든 화학공장보다 화

학물질을 훨씬 효율적으로 다룰 수 있으며, 이

에 따라 생산과정에서의 폐기물을 재순환 또

는 생물학적 분해가 가능하다. 특히 효소와 같

은 바이오촉매제를 이용한 생산과정에서는 기

존의 화학공정보다 훨씬 적은 독성 폐기물∙

부산물∙오염물질 등을 배출하고 원료 정제과

정을 줄일 수 있으며, 산업 공정의 에너지 필요

량이 감소하게 된다. 또한 건강 진단 및 식품

유해 물질 검출에 한 신기술이 개발된 것처

럼 환경 상태의 감시, 오염물질의 검출에 한

새로운 방법이 제시되고 있다.

산업에 이용되는 생명공학기술은 현 분자

생물학에서 유래한 것이다. 이에 따라 제조공

정에 따른 환경적 악 향이 감소하고 있으며,

섬유∙제지∙정 화학 산업에서는 이를 채택

하여 제조공정을 효율적으로 운 하고 있다.

일부 분석가는 의약, 농업, 식품 분야에서처럼

생명공학기술이 산업적 제조공정을 상당 부분

바꿀 것으로 예상하고 있다. 산업적, 환경적 지

속가능성을 달성하기 위한 열쇠로서 생명공학

기술이 작용할 것으로 전망된다.

1. 산업적 지속가능성

경제협력개발기구(OECD)의 정의에 따르면

‘산업적 지속가능성’이란 오염발생 수준, 자원

소비 수준의 경감을 가져올 수 있는 청정 기술

을 지속적으로 개발∙개선∙이용할 수 있는

것을 말한다.

최근 정책입안자, 기업경 인, 국민, 환경단

체의 지속가능성 발전에 한 관심이 증가하

고 있다. 이러한 관심을 반 하여 많은 선도 기

업은 최소한의 법적요건을 충족시키기 위해

최선을 다하고 있다. 많은 기업이 제조물에

한 책임뿐만 아니라 환경적 보건 및 안전성을

위한 지침을 포함하여 지속가능성을 위한 정

책을 개발하고 계획을 실천하고 있다.

지속가능성을 달성하는데 있어 키워드는

‘청정’과‘효율’이다. 생산과 자원소비 단위마

다 생산의 효율성과 청정성을 높일 수 있는 생

산 과정, 관행, 제조물의 변화가 바로 지속가능

성으로 가는 방법이다.

직접적으로 산업적 지속가능성이란 원료와

에너지 투입을 줄이고, 투입물로서 재생 가능

한 자원과 생물학적 분해가 가능한 물질을 최

화하는 것이다. 또한 제품 제조과정과 이용

에 있어 유해한 폐기물과 오염물질 발생을 최

소화하고, 재순환이 가능하고 생물학적 분해가

가능한 제품을 만들어 낼 수 있는 기술과 노하

우를 채택하는 것이다.

(1) 원료 및 에너지

지금까지 제조공정에서는 원료와 에너지의

재생이 불가능하며 오염물질과 썩지 않는 폐

기물을 다량으로 방출하는 석유에 오랫동안

제3부


및

안전성평가

226

의지해 왔다.

생명공학기술을 활용해 자연 당분에서 유래

한 연료를 이용하여 석유투입물을 줄인 제조

공정과 생산품을 만들 수 있다. 향후 재생 가능

하거나 바이오매스에서 유래한 원료의 사용이

증가할 것으로 예상되는데, 바이오 원료를 이

용하면 석유를 근간으로 하는 생산방식에 비

해 환경적으로 유용하며 생산과정은 보다 깨

끗해지고 폐기물은 적게 발생한다.

바이오매스가 농업 폐기물(식물)에서 만들

어진다면 혜택이 더 커지는데, 인간의 노력의

산물인 농업으로부터 발생하는 폐기물을 줄이

면서 바이오연료가 가지는 이점까지 누리게

되는 것이다. 또한 원료로 이용될 작물이 생장

하면서 온실가스의 하나인 이산화탄소를 흡수

하게 되는 장점도 있다. 현재 미국에서는 식물

바이오매스를 기초 원료로 이용하는 화학제품

이 매년 50억 kg 이상 생산하고 있다.

생명공학기술은 화석연료와 신종 바이오매

스 연료 측면에서 에너지 분야에 향을 미치

는데, 생명공학기술을 통해 화석연료의 황을

제거함으로써 오염을 상당부분 줄일 수 있다.

또한 바이오매스를 에너지화 하면 바이오매스

원료를 이용하는 것과 같은 환경적 혜택을 누

릴 수 있다. 이에 따라 정부연구기관에서는 바

이오매스 에너지의 경제성을 높이기 위한 재

조합기술 및 바이오공정 분야의 연구에 전력

을 기울이고 있다.

(2) 산업제조 공정

바이오매스 유래 물질과 에너지를 이용한

지속가능성의 추구에 덧붙여 생명공학기술을

이용하게 되면 에너지 사용 감소, 생물체로부

터 만들어진 생분해성 분자를 통한 중화학 제

품의 체 등으로 제조공정에 따른 환경피해

를 최소화할 수 있다. 고온과 고압을 필요로 하

는 화학적 반응과 달리 생물학적 분자를 이용

한 반응은 생명체의 일반적 조건(38℃ 이하, 1

기압, 수분)에서 반응하는 것이다. 따라서 생물

학적 분자를 이용한 제조과정에서는 반응을 유

도하기 위한 에너지의 양을 폭 줄일 수 있다.

생분해성 분자를 바이오촉매제로 이용하게

되면 제조공정에 따른 용제나 계면활성제에

의한 오염 또한 감소한다. 미생물 발효시스템

에 의해 지난 20여 년 동안 에탄올이나 아세트

산 등 중요 산업용제가 만들어졌다. 미생물이

자연스럽게 만들어내는 에멀산(emulsan)이나

소포롤리피드(sophorolipids) 등의 생물학적 분

자는 화학 제조공정에서 계면활성제로 이용되

어 왔다.

해양 생명공학기술 분야에서도 화학용제를

체할 수 있는 계면활성제를 최근 해양 미생

물로부터 발견하 다. 하지만, 산업 제조공정

에 따른 환경적 피해를 가장 최소화할 수 있는

생물 제품은 바이오촉매제로 생물체 자체 또

는 생물체 효소가 이용된다.

227


2. 바이오촉매제

생명공학기업에서는 다양한 산업의 제조공

정에 필요한 바이오촉매제, 즉 효소를 개발하

고 있다. 효소는 모든 생물체들이 생산하는 단

백질이다. 인간이 가진 효소는 음식의 소화,

DNA 정보의 단백질 변환 같은 복잡한 기능을

수행하고 있다.

효소는 작용하는 상에 따라 분류되는데

흔히 접하는 효소로는 △ 단백질을 분해하는

프로테아제 △ 셀룰로오스를 분해하는 셀룰라

아제 △ 지방산 및 기름에 작용하는 리파아제

△ 전분을 단순한 당으로 분해하는 아 라아

제 등이 있다.

생명공학기업에서는 자연에서 산업적 가치

가 있는 바이오촉매제를 찾고 있고, 다양한 기

술을 이용하여 특정한 수요를 충족시킬 수 있

도록 개량하며 발효시스템을 이용하여 량으

로 생산하고 있다. 이러한 발효시스템은 양조

나 빵 굽는 데에 필요한 효모나 인간 치료용 단

백질을 만들어내는 데에도 이용되고 있다. 유

전자변형된 미생물(박테리아, 효모 등)이 직접

발효를 하거나, 자연적으로 발생한 미생물이

나 다른 기술을 이용해 유전자변형된 미생물

이 발효과정에 이용된다.

(1) 신종 바이오촉매제의 발견

산업용 생명공학기술 분야 기업은 제조공정

을 개선할 수 있는 고가치 효소나 생물활성물

질을 발견∙개발하기 위해 노력하고 있다.

제지, 섬유, 정 화학 등의 화학 공정에서는

극고온 또는 극저온을 요구하거나 극산성, 극

알카리성 등의 조건이 충족되어야 하는데, 이

같은 조건에서 바이오촉매제가 투입되기 위해

서는 극한 조건에서 살아남는 생물체가 필요

하다. 극한 제조공정과 가장 비슷한 자연환경

에서 찾을 수 있는 최적의 생물체가 바로 미생

물이다.

생물체가 이 세상에 나타난 이후로 미생물

은 모든 환경조건에 적응해 왔다. 특별한 서식

지에서 살아가는 생물체는 독특한 바이오촉매

제를 만들어 낼 수 있으나, 이러한 생화학적 잠

재성 부분은 아직 밝혀지지 않았는데, 존재

하는 미생물 중 단 1%만이 분류되어 배양되고

있다. 과학자들은 생물제제 추출(bioprospec-

ting)을 통하여 일부 산업제조 공정에 존재하는

익스트림오필스(extremeophiles : 산성도, 염

분, 온도, 압력 등의 조건이 극한 수준에 있는

상태)에서 적절한 기능을 수행할 수 있는 신종

바이오촉매제를 찾고 있다.

미생물 유전체에 한 연구를 통해 여러 가

지 정보를 알게 됨으로써 미생물 개체의 풍부

한 유전자 다양성을 이용할 수 있게 되었다. 물

고기에서 특정한 바이오촉매제 능력을 지닌

효소를 발현하는 유전자를 찾기 위해 분자 수

준의 DNA 탐침을 이용한다. 탐침에 잡힌 효소

는 산업 공정에 필요한 기능 여부로 확인∙분

제3부


및

안전성평가

228

류되며, 필요한 것으로 판단될 경우 생명공학

기술을 이용한 효소로의 개량이 이뤄진다.

(2) 기존 바이오촉매제의 개량

과학자들은 효소 생산에 이용되고 있는 기

존 미생물의 효소 생산성을 높이기 위해 유전

자를 변형하여 비용 비 생산성을 개선하고

있다. 이와 더불어 실험실에서 다루기에 너무

비싸고, 까다로운 미생물에서 유래하는 효소

를 만들기 위해 유전자를 조작하여 기존의 미

생물에 새로운 제조 능력을 부여한다.

단백질 공학기술을 이용하거나 단백질을 직

접 진화시키는 생명공학기술을 이용하면 효소

의 효율성과 유효성을 높일 수 있다. 이런 기술

은 효소의 작용이 가능한 조건을 넓히거나 촉

매제 성질을 개선하고 효소의 특이성을 전환

시키는 데 이용되며, 이에 따라 기존 산업공정

에서 효소를 더 효율적으로 이용할 수 있다.

3. 재생가능한 에너지

농업 활동이 미래의 에너지 및 자연자원이

되는 바이오경제에 한 논의가 진행되고 있

다. 2004년 4월에 생명공학 효소를 이용하여

짚에서 추출한 에탄올, 즉 바이오에탄올의

최초 상업화로 산업 생명공학기술의 중요한

초석이 마련되었다.

개발사인 Burrill&Co에 따르면 옥수수 나

껍질, 짚에서 만들어 낸 에탄올이 매년

100~150억 갤런 정도 생산될 전망이다. 또한

바이오에탄올 500억 갤런은 목재산업∙도

시∙ 농촌 폐기물 등의 원료를 이용하여 생산

가능하다.

미국 정부는 새로운 바이오경제를 촉진하기

위한 역량을 결집하고 있다. 일례로 클린턴

통령은 1999년 여름 바이오제품과 바이오연료

이니셔티브를 주창하는 시행령을 발표하 다.

이는‘농촌 경제, 에너지 안보, 환경적 지속가

능성’에 초점을 둔 식물원료의 산업적 이용을

장려하는 것으로 해석되었다. 이 시행령에 의

하면 2010년까지 미국 내 바이오제품과 바이

오에너지의 이용이 3배 이상 증가할 것이다.

이어 부시 통령도 바이오매스를 에너지로

변화시킬 수 있는 산업용 효소 개발을 지원하

다. 이에 따라 체니 부통령은 효소를 이용한

바이오매스 변환기술의 개발과 그린 바이오공

장의 건설을 지원하 다.

바이오매스 에너지와 관련하여 주의를 끌고

있는 각국의 여러 가지 자료를 살펴보면 △

2003년 1월 : 신년 연설에서 미국 부시 통령

은 자동차, 트럭, 가정, 기업에 필요한 수소연

료 전지의 본격적인 상업화를 위한 기술과 인

프라의 개발을 목적으로 12억 달러 규모의 이

니셔티브 발표 △ 2002년 10월 : 유럽연합(EU)

은 연료전지의 연구와 개발을 위해 2003년부

터 2006년도에 걸쳐 20억 달러의 예산 책정 △

229


2002년 5월 : 미국 부시 통령은 바이오제품

에 한 연방 정부의 구매 의무와 바이오공장

건설 예산이 포함된 새로운 농업법에 서명 △

미국 국가연구위원회(National Research

Council) 2001년 보고서 : 바이오연료의 이용을

증가시켜야 한다고 지적 △ 2000년 : 미국 바이

오 기반연구 개발법의 의회 통과. 이 법안은 클

린턴의 시행령과 마찬가지로 바이오산업 제품

의 이용을 촉진하기 위한 연방 프로그램들의

조정을 목적으로 한 통합위원회 설치 규정이

다. 효소를 이용한 바이오매스 변환기술의 연

구개발에 5년 이상 매년 4,900만 달러의 예산

책정 △ 2001년 발간된 미국의 바이오에너지

2020 : 에너지부는 에너지 및 기타 제품을 만드

는데 이용될 수 있는 농산물 및 임산물의 상당

한 증가가 필요함을 담은 보고서. 보다 진전된

연구개발이 필요한 분야 강조 △ 2000년 5월 :

미국 국가농업생명공학기술위원회가 개최한

회의 주제는‘21세기 바이오경제 시 - 보건,

에너지, 화학, 원료까지 팽창되고 있는 농업’

이었다. 이 회의에서 전 CIA국장 울세이는 에

너지 및 자원 안보를 향상시킬 수 있는 수단으

로 바이오제품의 이용을 증가시킬 것을 강력

히 주장 △ 2000년 12월 : 미국 바이오매스 연

구개발위원회는‘바이오경제혁명의 촉진 …

바이오제품 및 바이오에너지’라는 보고서 발

간. 2010년까지 바이오제품의 이용을 3배 이상

증가시키기 위한 전략적 계획 제시 등이 있다.

4. 그린 플라스틱

생명공학기술을 통해 석유에서 유래한 폴리

머를 곡물이나 농업 바이오매스에서 유래한

생물학적 폴리머로 체할 수 있다. 예를 들어

카길 다우는 네브라스카 블레어에 위치한 바

이오공장(biorefinery)에서는 옥수수의 당분을

변환하여 포장재료, 의류, 침구류 생산에 이용

될 수 있는 생분해 바이오 폴리머인 폴리젖산

(polylactic acid : PLA)을 생산했다. 이 같은 바

이오제품은 가격과 성능면에서 기존 석유의

플라스틱 및 폴리에스테르에 비해서도 경쟁력

이 있다.

2001년에는 듀폰과 개발 파트너인 제넨커와

테이트릴리는 공동으로 일리노이의 데카투르

에 있는 바이오공장에서 옥수수의 당분을 생

물학적으로 가공한 고성능 폴리머 소로나

(Sorona, 의류제조에 이용)를 개발하 다.

한편에선 생분해성 플라스틱을 만들어내는

원료인 폴리히드록시부티레이트를 생산하기

위하여 식물과 미생물의 유전자를 변형하

다. 또한 생명공학기술을 이용한 미생물의 발

효과정을 통해 거미 실크, 조개 접착제와 같은

자연적인 단백질 폴리머를 상당한 양만큼 생

산할 수 있게 될 것이다.

생명공학기술을 이용하면 식물 원료에서 추

출한 당분을 사용하여 플라스틱과 폴리에스테

르를 생산할 수 있다. 이에 따라 규모 화학회

사 부분은 식물의 당분을 분해할 수 있는 효

제3부


및

안전성평가

230

소를 개발하기 위해 생명공학기업과 파트너십

을 구축하고 있다.

요약하면, 산업적 생산과정의 어느 단계에

서든지(투입물, 제조과정, 최종제품) 생명공학

기술은 산업적 지속가능성의 보루라고 할 수

있는 오염방지와 자원보전에 관련한 규제 준

수의 수단이 될 수 있다.

5. 나노기술

잠수함과 승객까지 한꺼번에 축소시키는 과

학기술이 주요 테마 던‘환상여행(Fantastic

Voyage)’이란 화를 기억하는가? 오늘날 생

명공학기업은 나노기술과 생명공학기술에 따

른 현미경 수준보다 미세한 세계로 환상여행

을 떠나고 있다.

그 세계에서는 나노 크기(10-9미터)에서 세

포의 물리화학적 활동에 한 탐구가 이뤄지

고 있다.

일부에서는 유전체학과 단백질체학을 좀더

심화함으로써 유기체 세계에서 얻은 지식을

탄소와 실리콘 같은 비유기체 세계로 적용하

는 방법을 탐구하고 있다. 예를 들어 제넨커 인

터네이셔날과 다우-코닝은 각각 전문성이 있

는 단백질공학 시스템과 실리콘 분야에 한

협력체계를 구축하 다.

이 같은 나노기술과 생명공학기술의 결합으

로 수많은 물질을 생산할 수 있는 가능성이 커

지고 있다. 포토닉스 분야에서는 신종 미세광

학 스위치, 광학적 미세과정 플랫폼 등의 개발

가능성이 있다. 촉매 분야에서는 촉매제에 체

화되어 있는 실리콘 및 무기 탄소 기질의 이용

에 따른 상업화의 가능성도 커지고 있다.

나노 바이오기술의 연구단계에서 흥미로운

분야는 단백질공학 지식을 이용하여 특정한

임무를 띠는 나노구조를 공학적 기술로 구축

하는 것이다.

예를 들어 수생 미생물에는 무기물 외골격

의 형성을 관장하고 있는 유전자로, 이론상으

로는 이 유전자의 기능을 밝혀내고 재조합하

여 나노구조를 구축한다면 실리콘 칩이나 마

이크로트랜지스터 같은 상품성이 있는 제품을

만들 수 있다는 것이다.

최근 일리노이 학교에서 담수 규조류에서

탄소-실리콘 복합물질을 동종에서는 최초로

발견하 다. 이 같은 발견으로 생규화작용

(biosilicification)의 분자적 과정이나, 동식물이

나노구조를 구축하는 방식에 한 이해 범위

를 넓힐 수 있게 되었다. 이에 따라 개량된 바

이오물질을 저비용으로 합성할 수 있어 골다

공증의 새로운 치료법이 가능할 전망이다. 나

사(NASA)와 일부 기업에서는 예기치 않게 바

이오접착성이 있는 생물활성 세라믹을 발견하

는데, 이의 성질로 박테리아와 바이러스가

세라믹 섬유에 달라붙어 새로운 정수 방식을

개발할 수 있게 되었다.

단백질 폴리머 구조에 한 연구개발도 성

231


숙단계이다. 생명공학기업은 아미노산 서열을

재배열할 수 있는 유전자 플랫폼 기술에 한

수년 간의 경험이 있다. 여러번의 재배열을 통

해 그 절편이 바이오폴리머의 상위 물리적 구

조를 관장하게 된다는 것이다.

넥시아에서는 염소에서 거미줄을 발현할 수

있는 기술을 밝혀냈으며, DNA 재조합기술을

이용하여 향후 량 생산이 가능한 폴리머를

개발할 수 있을 것이다.

한편, 나노 세계에서 흥미로운 또 다른 연구

분야는 탄소 나노튜브 기술이다. 나노튜브의

장력이 강해진다면 수송용, 발전용 수소에너

지의 보관이나 컴퓨터의 개폐에 이용되는 완

벽한 하이테크 합성물을 만들어낼 수 있다. 탄

소 나노튜브는 특정한 반응을 유도하는 촉매

제나 기타 특정 용도의 단백질 이용에 사용될

수도 있다.

이처럼 나노와 바이오의 결합을 통한 개발

역은 무궁무진하다.

6. 환경 생명공학기술

환경 생명공학기술이란 유해 폐기물 처리와

오염 방제에 있어 생물체를 광범위하게 이용

하는 것을 말한다. 예를 들어 제지산업에서 방

출하고 있는 유해 물질을 처리하기 위한 곰팡

이 이용 등이다. 그 외에도 독성 폐기물 매립장

에 사는 미생물이 자연적으로 발생하여 PCBs

등의 폐기물을 무해한 합성물로 분해할 수 있

다. 또한 해양 생명공학 분야에서는 환경 문제

를 초래하는 화학적 바다소금(chemical sea

brines) 등의 유해 물질 처리를 위해 하구 박테

리아를 이용하는 방법을 연구하고 있다.

환경 생명공학기술을 이용하면 기존의 방식

보다 훨씬 효율적으로 유해 폐기물을 처리할

수 있으며 소각∙매립 등 폐기물 처리 방식의

의존도를 줄일 수 있다.

(1) 적용 방법

생명공학기술을 이용하여 오염 문제를 처리

하는 방식은 새로운 것이 아니다. 지난 100여

년 동안 하수 처리를 위해 자연적으로 발생하

는 다양한 미생물 개체를 이용해왔다.

동물, 식물, 박테리아 등 모든 생물은 살기

위해 양분을 먹고, 그 부산물로 폐기물을 방

출한다. 그리고 각각의 생물에게는 서로 다른

양분이 필요하다. 어떤 박테리아는 폐기물

의 화학 성분이 유용하다. 예를 들어 일부 미생

물은 세제, 방부제로 다양하게 쓰이는 메틸렌

클로라이드와 같은 독성 물질을 필요로 한다.

생물정화에 이용하는 방법에는 크게 두 가

지가 있는데, 하나는 유해 폐기물 매립장의 토

양에 이미 존재하고 있는 박테리아 활동을 촉

진하기 위한 양분을 공급하는 방법이다. 또

하나는 새로운 박테리아를 공급하는 방법으

로, 박테리아가 유해 폐기물을 먹고 그 부산물

제3부


및

안전성평가

232

로 무해한 물질을 배출하며 폐기물을 모두 분

해하면 죽거나 환경에 적정한 개체 규모로 돌

아가게 된다.

생물정화기술이 적용되는 분야 부분은 공

장 폐기물이 환경에 방출되기 이전에 이를 식

별하고 여과하거나 기존의 오염 문제를 처리

하기 위해 자연적으로 존재하는 미생물을 이

용하는 것이다. GM미생물을 이용하는 보다 발

전적인 방법은 아직 시험단계이며, 분해하기

어려운 물질을 제거하기 위한 폐기물 처리, 오

염 방제 등에 적용될 전망이다.

어떤 경우에는 오염을 처리한 미생물에서

방출된 부산물이 유용하게 쓰이기도 하는데,

제지산업의 폐기물인 황산용액을 분해할 수

있는 박테리아에서 연료 물질인 메탄을 생산

할 수 있다.

(2) 메틸 T- 부틸 에테르(MTBE)

미국 환경보호청은 가솔린 첨가제 MTBE의

사용을 금지할 계획이라고 발표하 다. MTBE

는 식수로 쉽게 옮겨가 오염 문제를 발생시키

는 에테르로, MTBE로 인한 오염은 미국 북동

부지역과 캘리포니아에서 심각한 환경문제가

되고 있다.

환경 생명공학 관련 기업은 자연적으로 존

재하는 미생물을 이용하여 지하수를 오염시키

는 MTBE를 분해하고 제거할 수 있는 생물학적

시스템을 개발중이다.

(3) 환경 모니터링

생명공학기술을 통해 환경문제를 진단하고,

정상적인 환경조건을 평가할 수 있는 신종 방

식을 개발하게 되었으며, 이에 따라 더 나은 정

보를 이용하여 환경을 지킬 수 있게 되었다.

민간기업은 토양 속의 유해 유기물질을 모

노클로널 항체를 이용하여 검출할 수 있는 방

법을 개발하 고, 정부연구소에서는 오래된

군수기지에서 폭발물을 찾아낼 수 있는 항체

바이오센서를 만들어냈다. 이러한 방식은 고

가의 규모 장비를 필요로 하는 기존 방식보

다 비용이 적게 들고 효과가 빠를 뿐만 아니라

휴 도 가능하다. 토양 샘플을 채취하여 실험

실에 보내고 분석결과를 기다리는 것이 아니

라, 현장에서 오염수준을 측정하고 그 결과를

즉시 알 수 있게 된 것이다.

화학물질을 분해할 수 있는 미생물의 능력으

로 오염 정화뿐만 아니라 오염원의 검출에도 도

움이 되고 있다. 로스알라모스 국립연구소에서

는 페놀을 분해할 수 있는 박테리아에 해 연

구하고 있다. 박테리아가 페놀류의 물질을 먹게

되면 페놀이 수용체로 달라붙게 되어, 페놀 분

해와 관련이 있는 유전자를 활성화시키는 DNA

에페놀과수용체의 복합체가 연결된다. 로스알

라모스에서는 페놀과 수용체의 복합체에 의해

작동하여 쉽게 감별되는 단백질을 생산할 수 있

는 리포터 유전자를 삽입하여 주변 환경에 페놀

물질이존재하는지를알수있게되었다.

233


7. 수혜 산업

생명공학기술을 통해 화학, 플라스틱, 제지,

섬유, 식픔, 축산업 등 분야별 수혜 산업을 정

리한다.

화학 산업은 신종 물질의 생산, 폐기 부산물

의 감축, 화학적 순도의 향상 등에 바이오 촉매

제를 사용할 수 있다. 플라스틱 산업은 옥수수

나 두와 같은 재생 가능한 작물을 이용하여

‘그린 플라스틱’을 생산함으로써 석유의 사용

을 줄일 수 있다. 제지 산업에서는 펄프 공정에

서 방출되는 독성 부산물을 줄일 수 있는 효소

를 이용할 수 있는 등 제조공정을 개선할 수 있

다. 또한 섬유 산업은 직물 염색이나 마감 공정

에서 방출되는 독성 부산물을 줄일 수 있다. 또

한 활성 요소로서 효소를 첨가함에 따라 직물

세척 과정이 훨씬 효율적이 된다. 식품 산업에

서는 베이킹 과정의 개선, 발효과정을 통한 방

부제 효과, 식품안전성에 한 분석 등이 가능

하다. 마지막으로 축산업에서는 효소 첨가를

통해 양가를 증진시키고 인산염 부산물을

줄일 수 있다.

제3부


및

안전성평가

Documents

LMOs 응용 및 산업화