가축산업을 바꾸는 생명공학
가축산업을 바꾸는 생명공학
  • 유은경 기자
  • 승인 2020.11.03 15:31
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이미지 출처: Pixabay/RitaE
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[퓨처타임즈=유은경 기자] 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 가축은 인간 활동으로 인한 온실가스 배출량의 약 14.5%를 차지하며, 이 중 약 2/3는 가축이 차지한다. 그리고 육류 소비는 매년 증가한다. 우리가 할 수 있는 것은 환경 발자국이나 온실가스 배출을 줄이는 것이다. 현대의 유전자편집도구는 이러한 가속화를 촉진할 수 있다.

DNA를 정밀하게 절단함으로써 유전학자는 특정 형질과 관련된 자연 발생 유전자를 삽입하거나 제거한다. 일부 전문가들은 유전자편집이 새로운 식품혁명을 일으킬 가능성이 있다고 주장한다.

텍사스의 가축 목장주인 Ralph Fisher가 1999년 8월에 세계 최초의 복제 송아지 중 하나를 주시했을 때 그는 과학자들이 말한 내용에 관심이 없었다. 그는 그것이 다시 태어난 브라만 황소인 Chance라는 것을 알고 있었다. 약 1년 전에 Texas A&M의 수의사는 Chance의 기태 중 하나에서 DNA를 추출하고 이 샘플을 사용하여 유전적 이중을 만들었다. Chance는 두 번째 자아를 만나기 위해 살지 않았지만 송아지가 태어났을 때 Fisher는 그에게 Second Chance라는 이름을 붙여 자신이 같은 동물이라고 확신했다. 

과학자들은 Fisher에게 클론은 카본 카피라기 보다는 쌍둥이에 가깝다고 경고했다. 이 둘은 서로 다르게 행동하거나 심지어 서로 다르게 보일 수도 있다. 그러나 Fisher에 관한 한 Second Chance는 Chance였다. 그들은 특정 거리에서 똑같이 보였을 뿐만 아니라 같은 방식으로 행동했다. 그들은 똑같은 기이한 매너리즘으로 먹었다. 마당의 같은 자리에 누웠다. 그러나 2003년, Second Chance는 Fisher를 공격하고 그의 뿔로 그를 괴롭히려고 했다. 약 18개월 후 황소는 Fisher를 불편한 듯이 공중에 던져 그를 울타리에 부딪히게 했다. 80바늘을 꽤 매고 찢어진 음낭에도 불구하고 Fisher는 Second Chance가 그의 길들인 이름과 다르다는 생각에 라디오 프로그램 This American Life에 "나는 그를 용서한다. 알겠는가?"라고 말했다.

Second Chance가 유전공학 이정표를 기록한 이래 20년 동안 소는 생명공학 연구의 최전선에서 자리를 확보했다. 오늘날 전 세계의 과학자들은 3850억 달러 규모의 전 세계 육류산업 내에서 안전성과 효율성을 개선하기 위해 피하 바이오 센서부터 특수식품 보조제에 이르기까지 최첨단 기술을 사용하고 있다. 그들의 노력은 이익증대 외에도 가축이 중요한 역할을 하는 임박한 기후위기와 소비자들 사이에서 가축 복지에 대한 관심이 커지고 있기 때문에 추진된다.

유전자편집은 이러한 기술 중 가장 혁신적인 기술이다. 유전자편집 소는 아직 인간 소비에 대한 승인을 받지 못했지만, 연구원들은 Crispr-Cas9와 같은 도구를 사용하면 기존의 육종 관행을 개선하고 더 건강하고 육식하며 환경에 덜 해로운 소를 만들 수 있다고 말한다. 소는 또한 코로나19와의 싸움에서 항체를 생성하기 위해 인간 면역체계의 유전자를 부여받고 있다. (그동안 돼지와 염소와 같은 소가 아닌 가축의 유전자는 해킹되어 이식 가능한 인간 장기를 키우고 우유에서 항암제를 생산한다.)

그러나 일부 전문가들은 생명공학 소가 헛간에서 절대 나오지 않을 것이라고 우려한다. 우선 광학 문제가 있다. 유전자편집은 논란이 되고 있는 연구와 생명공학 오류에서 그 역할에 대한 헤드라인을 장식하는 경향이 있다. Crispr-Cas9는 종종 삶의 청사진을 바꿀 수 있는 잠재력으로 유명하지만, 그 엄청난 약속은 불량하고 부도덕한 연구자들에게 책임이 될 수 있으며 규제기관이 기술 사용에 대한 제한을 강화하도록 유혹할 수 있다. 그리고 대중이 유전자편집 동물로부터 쇠고기를 구입하기를 얼마나 열망할지 불분명하다. 따라서 문제는 이 기술이 과급 가축을 개발하는 데 효과적 일지 여부가 아니라 소비자와 규제 당국이 이를 지원할 것인지 여부이다.

소는 기후변화의 촉매제이다. 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 가축은 인간 활동으로 인한 온실가스 배출량의 약 14.5%를 차지하며, 이 중 약 2/3는 가축이 차지한다. 이 문제를 해결하는 한 가지 간단한 방법은 육식을 줄이는 것이다. 그러나 육류 소비는 세계 인구 및 평균 소득과 함께 증가할 것으로 예상된다. FAO의 2012년 보고서는 쇠고기 소비가 매년 1.2% 증가함에 따라 육류 생산이 2050년까지 76% 증가할 것이라고 예측했다. 미국 농무부에 따르면 2021년 쇠고기 생산 기록을 세울 것으로 예상한다.

캘리포니아대학교 데이비스의 동물유전학자 Alison Van Eenennaam은 적은 자원에 의존하는 것보다 효율적인 소를 만드는 것이다. Van Eenennaam에 따르면 미국의 젖소의 수는 1940년대 약 2천 5백만에서 2007년 약 9백만으로 감소했으며 우유 생산량은 거의 60% 증가했다. Van Eenennaam은 이러한 생산성 향상을 기존의 선택적 육종에 기인한다.

“오늘날 우유 한 잔과 관련된 환경발자국이나 온실가스가 1940년대 우유 한 잔과 관련된 것의 1/3 정도라는 것을 알아내기 위해 로켓과학자나 수학자일 필요는 없다."고 그녀는 말한다. “기존 번식 속도를 높이기 위해 할 수 있는 일은 우유 한 잔이나 고기 한 파운드의 환경발자국을 줄이는 것이다.”하고 말했다.

현대의 유전자편집도구는 이러한 가속화를 촉진할 수 있다. DNA를 정밀하게 절단함으로써 유전학자는 특정 형질과 관련된 자연 발생 유전자를 삽입하거나 제거한다. 일부 전문가들은 유전자편집이 새로운 식품혁명을 일으킬 가능성이 있다고 주장한다.

워싱턴주립대학의 생식생물학자인 Jon Oatley는 Crispr-Cas9를 사용하여 개방 범위에서 번성하기 위해 사육된 견고하고 질병에 강하며 내열성이 있는 황소의 유전 코드를 미세 조정하려고 한다. 그는 NANOS2라는 유전자를 비활성화함으로써 '황소가 자신의 정자를 만들 수 있는 능력을 제거'하는 것을 목표로 하고 있으며, 이를 통해 수령인을 보다 생산적인 귀중한 주식에서 정자를 생산하는 줄기 세포의 대리자로 바꾸는 것을 목표로 한다고 말했다. 수상한 황소의 정자가 장착된 이 대리 씨는 종종 유전적으로 분리되어 접근하기 어려운 범위 무리로 방출되고 프리미엄 유전자는 자손에게 전달된다.

더욱이 대리모는 목장주들이 인공수정을 위해 무리를 한곳에 모으지 않고도 원하는 특성을 도입할 수 있게 해준다고 Oatley는 말한다. 그는 세계에서 가장 큰 쇠고기 수출국이자 지구상에서 약 15억 마리의 소 중 약 2억 마리가 살고 있는 브라질과 같은 열대 지역의 가축 떼를 제공하는 유전자편집 황소를 상상한다.

브라질의 무리는 앵거스와 같은 품종의 사체와 육질이 부족하지만 높은 열과 습도를 견딜 수 있는 강건한 품종인 넬로어가 지배한다. 앵거스 황소를 열대 목초지에 두면 “아마 환경에 한 달 정도는 버틸 것이다.”라고 Oatley는 말한다. 반면 앵거스 정자를 운반하는 넬로어 황소는 기후에 문제가 없을 것이다.

Oatley에 따르면 목표는 더 육중한 황소의 유전자를 덜 효율적인 무리에 도입하여 생산성을 높이고 환경에 대한 전반적인 영향을 줄이는 것이다. “우리는 자원을 축소하고 있다.”라고 그는 말한다. 그리고 제한된 자원을 지속시키기 위해서는 새롭고 혁신적인 전략이 필요하다.

Oatley는 생쥐에서 자신의 기술을 시연했지만 가축과 관련된 문제에 직면해 있다. 우선, NANOS2를 비활성화 한다고 해서 대리 황소가 자신의 정자를 생산하는 것을 확실히 막지는 못한다. Oatley는 정자를 생산하는 세포를 대리 가축에 이식할 수 있음을 보여주었지만, 연구자들은 대리가 자연수정을 지원하기에 충분한 양질의 정자를 생산한다는 증거를 아직 발표하지 않았다. "이 황소를 실제로 번식시키기 위해 얼마나 많은 세포가 필요할까?" 캘거리대학의 생식생물학자인 Ina Dobrinski는 큰 동물의 생식세포이식의 개척자를 도왔다.

그러나 Oatley의 가장 큰 도전은 규제 제한과 사회적 의혹을 극복하는 생명공학 가축산업의 다른 사람들과 공유하는 것일 수 있다. 대리 씨는 식약청(FDA)에 의해 유전자편집 동물로 분류된다. 즉, 자손이 식용으로 판매되기 전에 엄격한 승인 절차를 거쳐야 한다. 그러나 Oatley는 그의 방법이 성공하면 정자 자체가 유전자 편집되지 않을 것이며 그 결과로 생긴 자손도 없을 것이라고 주장한다. 유일한 유전자편집 표본은 엘리트 정자가 이동하는 혈관과 같은 역할을 하는 대리 씨일 것이다.

그럼에도 불구하고 Dobrinski는 "이는 매우 세부적인 차이이며 규제 및 소비자 수용에 어떻게 작용할지 모르겠다."라고 말한다.

사실, 유전자편집에 대한 미국의 태도는 변형이 동물 복지를 위한 것일 때 일반적으로 긍정적이었다. 많은 낙농가들은 뿔이 없는 소를 선호한다. 즉, 1,500파운드의 동물이 휘두르면 뿔이 손상을 입힐 수 있다. 따라서 부식성 화학 물질과 열탕을 사용하는 고통스러운 과정에서 종종 소를 태운다. 작년에 PLOS One 저널에 실린 연구에서 연구자들은 “대부분의 미국인들은 뿔이 없는 유전자 변형된 젖소의 식품을 기꺼이 소비할 것”이라는 사실을 발견했다.

그러나 전문가들은 최근 몇 년간 가축과 인간의 유전자편집 실패로 인해 소비자들이 새로운 생명공학을 위험하고 다루기 힘들다고 생각하게 만들 수 있다고 말한다.

2014년 미네소타 스타트 업 Recombinetics는 Van Eenennaam의 연구실과 협력한 회사로 Crispr-Cas9의 선구자인 유전자편집도구 TALENs를 사용하여 한 쌍의 교배 홀스타인 황소를 만들어 소의 DNA를 자르고 황소가 뿔을 자라는 것을 방지하기 위해 유전자를 변경한다.

거의 항상 뿔이 있는 유전자를 가지고 있는 홀스타인 소는 생산성이 높은 젖소이기 때문에 기존의 번식을 사용하여 생산성이 낮은 품종의 뿔 없는 유전자를 도입하면 홀스타인의 생산성이 저하될 수 있다. 유전자편집은 Recombinetics가 원하는 유전자만을 도입할 수 있는 기회를 제공했다. 그들의 희망은 이 실험을 이용하여 황소의 암컷 후손의 우유가 편집되지 않은 가축의 우유와 영양학적으로 동등하다는 것을 증명하는 것이었다. 이러한 결과는 홀스타인을 경적없이 생산적으로 만들려는 미래의 노력을 알릴 수 있다.

실험이 효과가 있는 것 같았다. 2015년 Buri와 Spotigy가 태어났다. 이후 몇 년 동안이 돌파구는 광범위한 언론 보도를 받았으며, Buri의 뿔 없는 후손이 2019 년 4월 Wired 잡지의 표지를 장식했을 때 축산업의 미래에 대한 외형적인 얼굴이 되었다.

하지만 작년 초 FDA의 한 생물정보학자가 부리의 게놈에 대한 테스트를 실시한 결과 속하지 않은 예상치 못한 유전자 코드 조각을 발견했다. 플라스미드라고 불리는 박테리아 DNA의 흔적은 Recombinetics가 황소의 게놈을 편집하는 데 사용했으며, 편집 과정에서 박테리아의 항생제 내성과 관련된 유전자를 운반했다. 기관이 조사 결과를 발표한 후 언론의 반응은 빠르고 격렬했다. 한 헤드라인은 “FDA는 유전자편집 소에서 놀라운 사실을 발견했다.

Recombinetics는 남은 플라스미드 DNA가 무해할 가능성이 높다고 주장하고 이러한 종류의 유전적 실수가 드물지 않다고 강조했다.

“플라스미드에 위험이 있을까? Recombinetics 자회사인 Acceligen의 사장 겸 CEO인 Tad Sonstegard는 말한다. "우리는 항상 플라스미드를 먹으며 우리 몸에는 플라스미드가 있는 미생물로 가득 차 있다. 돌이켜 보면 Sonstegard는 "그의 팀의 유일한 실수는 플라스미드가 시작될 수 있도록 제대로 스크리닝 하지 않은 것"이라고 말한다.

소고기에 항생제 내성 플라스미드 유전자가 존재한다고 해서 소비자에게 직접적인 위협이 되지는 않지만 과학기술정책 교수이자 노스캐롤라이나주립대학 유전 공학 및 사회센터의 공동 책임자인 Jennifer Kuzma에 따르면, 항생제 내성 유전자를 사람들의 소화 기관 미생물에 도입할 가능성을 높인다. 가능성은 낮지만 장에 있는 유기체는 이러한 유전자를 자신의 DNA에 통합할 수 있으며 결과적으로 항생제 내성을 증식시켜 세균성 질병과 싸우는 것을 더 어렵게 만든다.

“내가 배운 교훈은 과학이 100% 확실하지 않다는 것이다. 위험 평가를 할 때 기술 제품에 겸손함을 갖는 것이 중요하다. 왜냐하면 당신은 앞으로 더 나아가서 무엇을 발견할 것인지 결코 알지 못하기 때문이다.”라고 그녀는 말한다. Recombinetics의 경우 "연구자들이 악의를 가지고 있다고 생각하지는 않지만, 때때로 귀사의 기술에 대해 매우 낙관적이고 열정적으로 생각하면 위험 평가와 관련하여 눈을 멀게 한다."하고 말했다.

FDA는 결국 연구 결과가 플라스미드의 존재를 알리기 위한 것이지 박테리아 DNA가 반드시 위험하다는 것을 암시하는 것이 아니라고 주장하면서 결과를 명확히 했다. 그럼에도 불구하고 피해는 발생했다. 실수의 결과로 Recombinetics는 브라질에서 실험적인 무리를 키우려는 계획이 무산되었다.

FDA 연구에 대한 반발은 FDA와 가축 생명공학자들 사이에 근본적인 의견 차이를 드러냈다. Buri의 자손을 연구하기 위해 2017년 농무부로부터 50만 달러의 보조금을 받은 Van Eenennaam과 같은 과학자들은 유전자편집 동물에 대한 FDA의 엄격한 규제 접근방식에 동의하지 않는다.

일반적인 GMO는 형질전환 (transgenic)으로 여러 다른 종의 유전자를 가지고 있지만, 현대의 유전자편집기술을 통해 과학자들은 기존의 번식 범위 내에서 대략적으로 유지하여 종 내에서 자연적으로 발생하는 형질을 추가 및 제거할 수 있다. 즉, 유전자편집은 아직 오류가 없으며 의도된 변경으로 인해 의도하지 않은 변경이 발생한다고 FDA 수의학센터의 동물생명공학 및 세포치료부문 책임자인 Heather Lombardi는 말한다. 이러한 이유로 FDA는 여전히 신중하다.

Lombardi는 "유전체편집기술 사용과 관련된 의도하지 않은 결과에 대해 아직 알려지지 않은 것들이 많이 있다."고 말한다. "우리는 잠재적인 영향이 안전에 미치는 영향을 이해하려고 노력하고 있다."

메릴랜드대학의 동물과학자이자 농업기술 스타트 업 RenOVAte Biosciences의 사장 겸 최고 과학 책임자인 Bhanu Telugu는 생명공학 기업이 규제 환경이 완화된 국가로 실험을 마이그레이션 할 것이라고 우려한다.

더 시급하게 그는 길고 값 비싼 승인절차를 요구하는 엄격한 규제가 동물복지 및 환경과 같이 가축과 사회에 가장 큰 이익을 줄 수 있는 기업이 아니라 가장 수익성이 높은 특성에 대해서만 일하도록 장려할 수 있다고 말한다.

"이 시점에서 잠재적으로 열 스트레스를 완화하는 데 2천만 달러를 지출할 회사는 어디일까?"라고 그는 묻는다.

바람이 많이 부는 겨울 오후, Raluca Mateescu는 플로리다대학의 Beef Teaching Unit의 울타리 기둥에 기대어 앉았고, 브라만 암소는 공중에서 호기심 많은 냄새를 맡고 보이지 않는 음식을 찾아 혀를 내 밀었다. 2017년부터 이 대학의 동물 유전학자인 Mateescu는 브라만과 브랑거스(브라만과 앵거스 소의 혼합)와 같은 품종의 내열 및 습도 내성을 연구하는 팀의 일원이었다. 그녀의 목표는 품종의 기후 회복력에 기여하는 유전적 지표, 보다 정확한 번식 및 유전자편집 관행으로 이어질 수 있는 지표를 식별하는 것이다.

Mateescu는 “남부에서는 열과 습도가 큰 문제이다. 그것은 우유를 생산하거나 빠르게 성장하고 많은 근육과 지방을 생산하기 위해 강렬한 생산을 위해 선택되었기 때문에 동물에게 스트레스를 준다."라고 말한다.

남미의 넬로어 소와 마찬가지로 브라만은 열대 및 아열대 기후에 적합하지만 열과 습도에 대한 내성이 높기 때문에 다른 품종보다 고기 품질이 떨어진다. Mateescu와 그녀의 팀은 피부 생검을 조사한 결과 비교적 큰 땀샘이 브라만이 체온을 더 잘 조절할 수 있다는 것을 발견했다. USDA의 국립식량농업연구소의 자금 지원을 받아 연구원들은 이제 열대 조건에 대한 내성과 관련된 특정 유전 표지를 식별할 계획이다.

“우리가 방법없이 더 많이 생산하는 동물을 선택한다면 문제가 생길 것이다.”라고 그녀는 말한다.

가축 산업의 발자국을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 유전자편집 외에도 생명공학 분야에는 다른 방법이 있다. 아직 개발 초기에 있지만 실험실에서 배양한 육류는 가축에서 수확한 쇠고기를 먹으면서 발생하는 동물 복지 및 환경 문제없이 소비자에게 기존 방식으로 재배한 제품에 대한 저렴한 대안을 제공함으로써 언젠가는 오늘날의 쇠고기 생산자를 훼손할 수 있다.

다른 생명공학기술은 쇠고기 산업을 대체하지 않고 개선하기를 희망한다. 스위스에서 Mootral이라는 스타트 업의 과학자들은 소의 소화 구성을 변경하여 그들이 방출하는 메탄의 양을 줄이기 위해 고안된 마늘기반 식품 보충제를 실험하고 있다. 뉴욕 타임즈에 따르면 이 제품은 육우의 메탄 배출량을 약 20% 줄이는 것으로 조사되었다.

Mootral의 소유주인 Thomas Hafner는 파리기후협정을 준수하기 위해 정부가 가축 생산자에게 메탄 감소를 요구함에 따라 수요가 증가할 것이라고 믿는다. “우리는 모든 젖소가 메탄 감소제를 사용하도록 규제될 것이라는 가정에서 일하고 있다.”라고 그는 뉴욕 타임즈에 말했다.

한편 뉴질랜드의 한 농장 과학연구소인 AgResearch는 반추 동물의 온실가스 생산을 담당하는 미생물인 메탄 생성 물질을 제거하여 메탄 생산을 목표로 삼고자 한다. BBC에 따르면 AgResearch 팀은 소의 장내 미생물 구성을 변경하기 위한 백신 개발을 시도하고 있다.

Mateescu에 따르면 게놈 테스트를 통해 가축 생산자는 송아지가 태어나기 전에 어떤 유전자를 가지고 있는지 확인할 수 있으며, 생산자는 더 현명한 번식 결정을 내리고 내열성, 질병 저항성 또는 도체 무게 등 가장 바람직한 형질을 선택할 수 있다.

이러한 모든 노력에도 불구하고 생명공학이 산업의 배출량을 극적으로 줄일 수 있는지 아니면 자원 집약적인 작업에서 포로 동물에게 인도적인 대우를 줄 수 있는지에 대한 의문이 남아 있다. 환경 및 동물 권리 운동가를 포함한 많은 업계 비평가들에게 인간 소비를 위한 가축사육 관행의 본질은 지속가능한 식량 생산이라는 고귀한 목표를 약화시킨다. 이러한 비평가들은 산업을 개편하기 보다는 단백질에 대한 우리의 요구를 충족시키기 위해 고기가 없는 식단과 같은 대안을 제안한다. 실제로 데이터에 따르면 많은 젊은 소비자가 이미 식물성 육류를 식사에 포함시키고 있다.

그러나 아프리카 소의 생산성과 적응력을 향상시키기 위해 빌 앤 멜린다 게이츠재단(Bill and Melinda Gates Foundation)으로부터 보조금을 받은 메릴랜드 대학의 Telugu에 따르면, 궁극적으로 기후변화는 가축산업이 직면한 가장 시급한 문제 일 수 있다. "우리는 이것에서 우리의 길을 갈 수 없다."라고 그는 말한다.


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