GMO를 선택할 것인가, 선택하지 말아야 하는가
GMO를 선택할 것인가, 선택하지 말아야 하는가
  • 김은영 기자
  • 승인 2019.12.29 12:54
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Image Credit: science photo / Shutterstock.com

[퓨처타임즈=김은영기자] 유전자변형생명체(Genetically modified organisms, GMOs)은 오늘날 과학 분야에서 가장 논쟁거리가 되는 주제 중 하나이다. 그 중에서 최근 플로스 제네틱스(PLOS Genetics)에 게재된 솔크연구소(Salk Institute)의 논문은 여러 가지 혼란을 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 연구진은 나노포어 시퀀싱(nanopore sequencing)과 광학지도(optical mapping)라고 알려진 기술을 조합하여 유전자를 식물과 동물의 유전자에 접합할 때 어떤 일이 일어나는 지에 대해 명확하게 나타내고 있다.

특히 이 연구에서는 숙주가 된 생명체의 주변 영역이 유전자 접합에 의해 어떤 영향을 받고 있는지를 결정할 수 있다. 이 문제는 GMO 소비의 장기적 영향에 대해 우려하고 있는 사람들의 걱정하고 있는 것이기도 하다.

GMO가 만들어지는 방식

과학자들은 식물 또는 동물을 유전적으로 변형시키기 위해 먼저 유기체의 전체 유전자를 배열하여 어떤 구간이 유익한 특성을 나타내는지를 결정한다. 유익한 특성에는 가뭄에 견디거나 더 높은 영양성분을 가지거나, 곤충이나 질병에 강하거나, 특정한 살충제에 더 잘 견디는 등의 특성을 의미한다. 이어서 바람직한 특성을 가진 DNA 배열을 잘라내서 숙주 유기체의 유전자에 이식하여 유익한 특성을 전달하는 것이다.

GMO를 만드는 가장 일반적인 방법은 근두암종균(Agrobacterium tumefaciens) 박테리아를 이용하는 것이다. 수십 년 전 근두암종균 박테리아가 나무줄기에 식물 혹을 유발했을 때 박테리아의 일부 DNA가 나무 DNA로 전이되었음이 발견되었다. 토양에 서식하는 박테리아인 근두암종균은 식물의 상처난 곳에 침입하여 식물 세포분열을 촉진함으로써 혹 같은 조직 덩어리(crown gall)를 만든다. 이러한 감염은 토양미생물에 들어있는 유전자의 일부가 식물세포로 전이되어 일어나는데, 이처럼 박테리아에서 식물로 움직이는 DNA 단편을 T-DNA(transfer DNA)라고 한다. 박테리아의 T-DNA, 즉 다른 DNA 서열과 결합될 수 있는 원형 DNA가 나무 전체에 흩어져 있다는 것이 발견된 것이다. 연구진들은 이러한 박테리아의 T-DNA를 이용하여 원하는 유전자를 모든 유기체에 옮길 수 있게 되었다.

알려진 무지(無知)

그러나 이 방법은 문제는 정밀도가 부족하다는 것이다. 연구자들은 이러한 과정이 일어날 때 정확히 무슨 일이 일어나는 지 확신하지 못한다. 최근 DNA 시퀀싱 기술의 발달로 과학자들은 T-DNA와의 알려지지 않은 상호작용으로 인해 숙주 DNA가 원래 생각했던 것보다 더 많이 변화되고 숙주 유기체에 이전된 T-DNA 길이와 화학적 성질이 원래와 다르다고 의심하게 되었다.

유전적으로 변형된 상품을 설계하고 판매하는 사람들은 새로운 유기체가 원하는 특성을 가지고 있는지를 테스트하여 그러한 특성이 존재한다면 변형 과정이 성공이라고 생각한다.

나노포어 시퀀싱(nanopore sequencing)과 광학지도(optical mapping)

1990년대 중반에 가장 먼저 만들어진 나노포어 시퀀싱은 분자 수준에서 유전적 변화를 탐지하는 가장 효과적인 방법의 하나이다. 나노포어 시퀀싱 기술은 전해질로 채워진 합성 멤브레인 내의 단백질에 의해 형성된 수많은 나노크기의 구멍을 DNA나 RNA 가닥이 통과하며 전류 변화를 측정하는 방식이다. DNA 가닥이 구멍을 통과할 대 분자를 구성하는 다양한 염기가 독특한 전류 변화를 일으키게 되어 이를 감지하고 분석할 수 있다. 연구자들은 이러한 방법으로 구멍을 통과한 분자의 구조를 자세하게 알 수 있다.

광학지도는 제한 효소로 특정한 위치에서 DNA 가닥을 절단하여 고유한 지문을 만들어 유전자의 고행상도 지도를 만드는 기술이다. 제한 효소는 특정한 가닥의 DNA를 분해하여 여러 단편으로 분리하게 되고 분리된 단편의 분포는 다른 단편과 서로 다르다.

이 두 가지 방법 중 어느 것도 완전히 새로운 기술은 아니다. 하지만 솔크연구소의 연구진은 이 기술을 결합하여 전례 없는 수준의 상세한 그림을 만드는데 성공했다. 연구진은 새로운 나노포어 장서열(long-read) DNA 시퀀싱 기술을 채택했다. 이 기술은 수집할 수 있는 데이터 크기를 확장시키고 DNA 조각을 조립하는 복잡성을 줄여서 전체 유전자의 그림을 훨씬 쉽게 조합할 수 있게 한다. 연구진은 또한 바이오나노 지노믹스(bionano genomics)의 아이리스 시스템(Irys system)을 이용하여 광학 유전자 지도를 만들었다. 이 시스템은 단일 분자 수준의 해상도를 달성할 수 있다.

연구진은 단 한 번의 DNA 주입 시도로 숙주 유기체 유전자에 의도하지 않은 유전자 조작이 일곱 번이나 발생될 수 있다는 것을 발견했다. 일부에서는 의도한 것보다 열배 더 크게 나타나 숙주 DNA가 손상되거나 재배치되는 경우도 발생했다. 나아가 주입되는 DNA가 때로 위치가 어긋나거나 반으로 잘리거나 배열순서가 잘못되는 경우도 발생했다.

GMO를 선택할 것인가 선택하지 말아야 하는가?

새로운 연구 결과는 GMO 토론에 시사하는 바가 크다. 어떤 측면에서 바라보든 이번 연구 결과는 분자수준에서 원래 생각했던 것보다 더 많은 일이 벌어지고 있음을 보여준다.

세계 인구를 먹여 살리기 위해서는 유전자 변형 식품이 필요하다. 현재의 농업 생산량으로는 2050년에 예상되는 97억 명의 인구를 먹여 살리기에 충분하지 않다. GMO를 지속할 것인가, 또는 어떻게 하면 GMO를 안전하게 할 것인가에 대한 더 많은 연구가 필요하다.


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