농업

엔지니어링된 식물 마이크로바이옴 – 박테리아로 작물 보호

게시일 2024년 1월 10일

업데이트일 2026년 6월 2일

작성자

Jonathan Schramm

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숨겨진 세계

오랫동안 생물학은 인간 몸이나 옥수수 줄기와 같은 “주된” 유기체 자체에만 집중해 왔습니다. 그러나 지식이 늘어나면서 살아있는 세계의 전체 복잡성이 드러났습니다.

이제 우리는 거의 모든 복잡한 유기체가 미생물과 곰팡이의 복잡하고 변화하는 집단인 “마이크로바이옴”과 공생한다는 것을 이해하게 되었습니다. 마이크로바이옴은 특히 장 마이크로바이옴이 인간 건강의 핵심 요소로 인식되고 있습니다.

출처: NIH.gov

마찬가지로 식물의 건강은 토양 마이크로바이옴 및 식물 자체에 존재하는 미생물과 깊게 연결되어 있습니다.

이들은 식물의 영양, 수분 공급을 개선하고, 아마도 더 중요한 것은 해충과 질병으로부터 식물을 보호하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

출처: Energy.gov

마이크로바이옴을 바꿀 수 있을까?

수백에서 수천 종의 미생물로 구성된 마이크로바이옴은 매우 복잡합니다. 이는 연구를 어렵게 만들며, “건강한” 마이크로바이옴이 어떤 모습인지 판단하는 것이 때때로 복잡합니다.

마이크로바이옴을 “개선”하는 다소 조잡한 방법은 추가 유기체를 투입하는 것입니다. 이것이 인간과 동물에게 프로바이오틱 치료가 하는 일이며, 농업에서는 질소 고정 박테리아나 균근을 토양에 첨가하는 것이 이를 모방하려는 시도입니다. 마이크로바이옴이 크게 교란된 경우 좋은 결과를 얻을 수 있지만, 이미 안정된 경우에는 거의 효과가 없을 수도 있습니다.

또 다른 접근법은 마이크로바이옴에 영양을 공급하여 “올바른” 미생물을 키우는 것입니다. 인간 건강에서는 프리바이오틱스를 제공하는 방식이 이에 해당합니다. 이는 마이크로바이옴이 스스로 자연스럽게 균형을 맞추도록 적절한 조건을 제공함으로써 매우 성공적일 수 있습니다.

하지만 식물의 경우, 마이크로바이옴이 토양이나 식물 내부에 존재하기 때문에 이를 수행하는 것이 훨씬 더 어렵습니다.

농업용 프리바이오틱스

중국, 호주, 오스트리아 연구자들의 국제 협력이 해결책을 제시할 수 있습니다. 그들은 수십억 인구의 주요 식량인 쌀에 집중했지만, 이 결과는 다른 주요 작물에도 확대될 수 있습니다.

그들은 식물의 리그닌 생합성이 유익한 박테리아의 개체수를 조절할 수 있음을 발견했습니다. 리그닌은 식물 세포벽에 존재하는 고분자이며 목재에 풍부합니다.

보다 구체적으로, 리그닌 생합성을 담당하는 특정 유전자를 찾았습니다. 이 유전자를 비활성화하면 유익 박테리아 개체수가 감소하고, 반대로 과발현하면 마이크로바이옴 내 유익 박테리아 비율이 증가합니다.

(유전자 변형으로 4-하이드록시신나믹산 / 4-HCA / p-쿠마르산의 생산이 바뀌어 Pseudomonadales 목의 박테리아 개체수에 영향을 미칩니다)

출처: Nature

이는 새로운 유형의 GMO 작물에 대한 길을 열어줍니다. 현재 상업용 GMO 식물들이 독소를 생산하는 것과 달리, 예를 들어 변형된 쌀과 같은 경우, 보다 건강하고 다양성 있는 박테리아 마이크로바이옴을 촉진하게 됩니다.

질병 보호 강화

마이크로바이옴 구성이 개선되면서 작물 건강에 직접적인 영향을 미쳤습니다. 유전적으로 변형된 쌀 품종은 아시아에서 작물 손실의 주요 원인인 세균성 흑반병 (Xanthomonas oryzae)에 더 높은 저항성을 보였습니다.

보통은 살충제로 확산을 억제하지만, 보다 건강한 마이크로바이옴은 이러한 살충제 사용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 화학물질이나 독소를 생산하는 GMO를 사용하는 것보다 더 역동적이고 지속 가능한 방식으로 질병을 방어할 수 있습니다.

비GMO 옵션은?

비GMO 접근법도 채택될 수 있습니다. 쌀 품종을 4-HCA 생산량으로 선별한 뒤, 그들의 마이크로바이옴 건강을 테스트할 수 있습니다.

이는 더 적은 살충제로도 생산성이 유지되는 쌀 품종을 개발하기 위한 새로운 육종 방법의 가능성을 열어줍니다.

또한 이 발견을 GMO 상업 사용을 제한하는 EU와 같은 국가 및 지역에 적용하려면 추가적인 노력이 필요합니다.

농업 마이크로바이옴 주식

1. Corteva Agriscience

CTVA 가격 차트

식물 프리바이오틱스가 하위 분야인 바이오자극제 분야에서 가장 큰 기업 중 하나가 Corteva Agriscience입니다. 이 회사는 DowDuPont의 농업 부문이었으나 독립 기업으로 분리되었습니다.

출처: Corteva Agriscience

이 회사는 로봇, 드론, AI를 농업에 도입하는 데 적극적이며, 무경운, 작물 순환, 표적 살충제 사용, 기후 변화 적응, 토양 침식 방지, 피복작물, 그리고 곤충 행동에 영향을 주는 페로몬 등 보다 생태적이고 지속 가능한 농업 관행을 촉진하고 있습니다.

출처: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayer는 제약 회사이면서 Monsanto 인수 이후 살충제와 GMO 작물 분야의 선두주자인 농업 부문의 주요 공급업체이기도 합니다.

인수가 순조롭지 못했다고 말하는 것은 절제된 표현입니다. Monsanto는 암과의 연관성 가능성으로 인해 수만 건의 소송 대상이 되었습니다.

이러한 소송 비용이 지속적으로 증가하고 평판 손상이 주가를 하락시켰습니다. 이제 새로운 CEO와 함께 Bayer는 제약 사업과 농업 사업을 분리해 2~3개의 독립 기업으로 나뉠 가능성이 있습니다.

출처: Fortune.com

그럼에도 불구하고 Bayer의 작물 과학 부서는 GMO 분야의 세계적인 선두주자이며, 토양 마이크로바이옴을 개선하는 새로운 쌀 및 기타 주요 작물 품종 개발에 이 전문성을 활용할 수 있습니다. 이는 수익성을 높이고 회사의 손상된 이미지를 회복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Bayer의 농업 부서는 또한 농업 스타트업에 대한 주요 투자자이자 강력한 혁신가입니다.