작물 미래 대비: 유전자 편집이 식량 안보를 해결할 수 있을까?

더 나은 농업 필요

우리 문명이 인구 증가와 기후 불안정이라는 두 가지 문제에 직면하면서 식량 안보 문제가 다시 중요한 과제 중 최전선으로 떠올랐습니다. 이 위험에 더해 생물 다양성 손실 및 종 멸종, 오염, 비옥한 토양 침식, 경작 가능한 토지의 도시화 등 여러 요인이 문제를 더욱 민감하게 만들고 있습니다.

그 결과, 농업학자와 식물 과학자들에게 탄소 격리, 식량 생산 증가, 경작지에 대한 영향을 감소시키는 통합적인 해결책을 제시하라는 막대한 압력이 가해지고 있습니다.

“우리가 이것을 제대로 해결하지 못한다면, 다른 어떤 것도 정말로 중요하지 않다고 생각합니다”
U.S. Secretary of State Anthony Blinken at the Global Solutions for Food Security Event in New York in 2023년 9월

가장 유망한 도구 중 하나는 유전공학이지만, 이전 작물 유전자 편집과는 다른 초점을 가지고 있습니다. 이전에는 높은 수확량을 어떤 대가를 치르더라도 추구하고, 무거운 화학 투입과 병행했지만, 보다 진보된 방법은 높은 생산량과 지속 가능한 결과를 동시에 달성할 수 있습니다.

이 주장은 일리노이 대학교 어배너-샴페인 캠퍼스의 작물 과학 및 식물 생물학 교수인 Stephen Long이 ¹ “작물을 미래에 대비시키고 대기 변화를 완화하기 위한 작물 시스템 활용에 대한 필요와 기회”라는 논문에서 전개했습니다.

변화하는 행성

암울한 그림?

적응 방안을 논하기 전에, 무엇이 변하고 있는지를 이해해야 하며 그 상황은 매우 복잡합니다. 지구 온난화는 평균 기후 조건을 변화시켜 일부 지역은 더 비옥해지고 일부는 덜 비옥해질 뿐만 아니라, 극한 현상의 빈도와 강도를 증가시킬 것으로 예상됩니다.

여기에는 극한 온도, 가뭄, 홍수, 그리고 표면 오존 수준이 포함되며, 이 모든 요소가 작물 수확량에 전체 평균 조건 변화보다도 더 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

대기 중 CO₂는 2024년에 427 ppm에 도달했으며, 2050‑2060년에는 약 600 ppm에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 시나리오에서는 2050‑2060년까지 전 세계 평균 기온이 추가로 1.2°C 상승하여 산업화 이전보다 2.7°C까지 상승할 수 있습니다.

식량 측면에서, 세계는 2050년까지 인구당 소비 증가, 인구 성장, 도시화에 따른 식품 생산 폐기 증가 등으로 인해 현재보다 35%에서 56% 더 많은 식량이 필요합니다.

극한 현상으로 인한 예상 작물 손실과 기후 변화에 따른 전환을 합치면, 2050년까지 전 세계 식량 생산량을 거의 두 배로 늘려야 한다는 의미가 됩니다.

모두 나쁜 소식은 아니다

그러나 기후 변화를 촉진하는 CO₂ 증가에는 긍정적인 효과가 있습니다. 즉, 식물 성장 촉진입니다. 실제로, CO₂ 농도 상승은 온실에서 수확량을 높이기 위해 일상적으로 활용됩니다.

“현대의 정예 벼와 대두 품종은 CO₂가 2050‑2060년 예상 수준으로 상승했을 때 약 30%의 수확량 증가를 보입니다.
C4 작물인 옥수수와 수수는 현재 이미 포화된 CO₂ 수준 때문에 수확량 증가를 보이지 않습니다.”

C3 대사 경로를 갖는 식물, 즉 대부분의 비열대 작물에서 특히 이러한 효과가 두드러지며, 이는 세계 주요 주식 작물의 큰 부분을 차지합니다(C4 식물은 광합성 전에 잎에 CO₂를 농축하는 다른 대사 경로를 사용하므로 대기 중 CO₂ 수준에 덜 민감합니다).

출처: GforG

또 다른 좋은 소식은 작물 수확량을 두 배로 늘리는 것이 가능할 뿐만 아니라 이미 실현되고 있다는 점입니다(특정 작물에 한해서).

예를 들어, 농업 기업들의 대규모 연구·개발 투자로 옥수수 수확량은 이미 두 배가 되었으며, 쌀, 밀, 감자, 수수(아프리카와 열대 지역에서 중요)와 같은 다른 주요 작물은 아직 뒤처져 있습니다.

출처: Royal Society Publishing

농업 문제 다루기

저고도 오존

대류권 오존(O₃)은 햇빛이 휘발성 유기 화합물과 질소산화물에 작용하면서 형성되는 2차 오염 물질입니다.

오늘날 미국 옥수수 지대의 농촌 지역에서는 100 ppb를 초과하는 수준이 자주 발견되며, 중국과 인도의 주요 작물 생산 지역에서는 훨씬 높은 수준이 보고됩니다.

“오존은 미국에서 대두에 5% 손실, 옥수수에 약 10% 손실을 초래하여 연간 약 90억 달러의 비용을 발생시킵니다. 전체적으로는 전 세계 작물의 최대 10% 손실로 이어질 수 있습니다.”

식물 해부학, 특히 기공(잎에 공기가 들어가는 구멍)을 유전적으로 변형하면 오존 침투와 손상을 감소시킬 수 있습니다. CO₂ 농도가 증가함에 따라 기공을 덜 열어도 광합성 효율에 큰 영향을 주지 않을 것입니다.

출처: ScienceFacts

식물 내 항산화 물질 생산을 증대시키는 것도 오존 분자에 의한 산화를 감소시키고 전반적인 식물 스트레스 저항성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

가뭄 및 물 사용

기온 상승과 더 극심한 날씨는 물 부족과 연관될 것으로 예상됩니다.

2050년까지 옥수수의 가뭄에 의한 전 세계 수확량 손실은 12.0%에서 21.3%로, 밀은 9.6%에서 15.5%로 상승할 것으로 전망됩니다.

가뭄에 영향을 받는 지역 비율은 아프리카와 오세아니아에서 가장 크게 증가하여 현재 각각 22%와 15%에서 21세기 말에는 59%와 58%에 이를 것으로 예상됩니다.

이 경우에도 기공 개방을 줄이면 식물의 물 요구량을 감소시키고 가뭄 스트레스를 완화할 수 있습니다.

“현장 재배된 담배에서 잎 수준 물 이용 효율이 15% 향상되고 전체 식물 물 사용량이 30% 감소했습니다. 유전 변형 속도가 빨라 담배는 다양한 다른 식물에 적용 가능한 변화를 연구하는 시험대로 자주 사용됩니다.”

예를 들어 Bacillus subtilis의 냉충격 단백질 B(cspB)를 식물에 도입하면 가뭄 저항성을 향상시킬 수 있지만 아직 상업적 적용 단계에 이르지는 못했습니다.

탄소 격리 촉진

궁극적으로 식물은 물, CO₂, 햇빛을 유기 물질로 전환하는 기계와 같습니다. 작물 바이오매스의 50%만이 수확되고 나머지는 줄기나 뿌리 형태로 남습니다.

이 유기 물질이 몇 년 안에 분해되는 대신 토양에 머무를 수 있다면, 육상 탄소 흡수량을 50% 증가시킬 수 있습니다.

깊은 뿌리와 무경운 농법을 결합하면, 유전 조작이나 전용 육종 프로그램을 통해 강한 뿌리 시스템을 구축할 때 여러 메커니즘이 동시에 작동할 수 있습니다:

• 토양 품질과 물 보유 능력 향상.
• 식물의 가뭄 저항성 강화로 언제나 높은 탄소 흡수 유지.

세포벽 구성을 변화시켜 리그닌과 긴 탄소 사슬을 늘리면, 죽은 유기 물질이 분해에 훨씬 더 저항하게 되어 수십 년, 심지어 수세기 이상 탄소를 토양에 가두는 효과를 얻을 수 있습니다.

또한 보다 적극적인 접근법으로 산업 규모에서 직접 “농업”을 통해 탄소를 포집하는 방안도 있습니다. 과학자들은 Miscanthus × giganteus와 같은 고생산성 C4 다년생 풀이나 스위치그라스(Panicum virgatum), 프레리 코드그라스(Spartina pectinata)가 연간 헥타르당 130톤 이상의 CO₂를 포집할 수 있음을 확인했습니다.

BECCS(탄소 포집 및 저장이 포함된 바이오에너지)를 활용하면, 이 바이오매스를 연료로 연소해 전기를 생산하고 발생한 CO₂를 포집해 깊은 지하에 저장할 수 있습니다.

출처: Penn State University

적절한 규제 만들기

모순 탐색

기후 변화에 맞서거나 완화에 기여할 수 있는 변형 작물을 대규모로 배포하려면 GMO 작물 사용이 필수적일 것입니다.

이러한 맥락에서 주요 지역들의 GMO 작물 사용에 대한 꺼림칙함은 바이오테크 기반 기후 변화·식량 부족 해결책에 큰 장애물이 될 수 있습니다.

특히 EU는 종종 GMO 작물을 전면 금지합니다. 그러나 다른 지역들도 유기 라벨에 GMO를 완전히 금지하는 경향이 있으며, 이는 유기 라벨 비중을 높이려는 엄격한 목표와 모순됩니다.

따라서 현재 입법 상황에서 유기 농업을 확대해 환경을 보호하려는 시도가, 수확량 향상과 탄소 포집 기회를 놓쳐 오히려 환경에 해를 끼칠 수 있습니다.

이와 관련된 논문은 권위 있는 과학 잡지 Cell²에 실렸으며, 제목은 “유기 생산에서의 새로운 유전체 기술: 과학 기반, 효과적이며 EU에서 수용 가능한 규제에 대한 고찰”입니다.

CRISPR 및 기타 새로운 유전체 기술(NGTs)

핵심 과제는 새로운 유전체 기술(NGTs)을 이전에 사용되던 거친 GMO 제작 방법과 구분하는 것입니다.

이보다 훨씬 더 정밀하고 통제된 유전공학 방법에는 CRISPR‑Cas9, 부위‑지향 핵산분해효소 기술(SDN), 올리고뉴클레오타이드‑지향 돌연변이(ODM), RNA‑의존 DNA 메틸화(RdDm) 등이 포함됩니다.

외래 유전자를 삽입하는 전통적인 GMO와 달리, NGT는 자연적으로 발생했을 가능성이 있는 목표 돌연변이를 만들거나, 목표 작물과 자연스럽게 교배될 수 있는 식물 재료를 삽입할 수 있습니다.

“유기 농업은 보다 지속 가능한 식품 시스템 전환에 중요한 역할을 할 수 있습니다.
효율성과 회복력을 높이기 위해서는 다양한 작물의 도입이 필요하며, 이는 NGT가 촉진하고 가속화할 수 있습니다.”

따라서 완전히 “자연적”이라고는 할 수 없지만, NGT는 전혀 새로운 현상을 만들어내는 것이 아니라 “자연의 손길을 안내”하는 수준에 머무릅니다.

NGT에 대한 입장을 지지하는 사람들은 NGT의 본질을 이해하고, 기술( GMO와 NGT) 사이에 미묘한 구분을 해야 한다고 주장합니다.

유기 라벨이 NGT에 적응할 수 있을까?

규제 당국과 대중이 “자연스러운” NGT조차도 유기 라벨에 포함시키는 것을 꺼리는 큰 이유는 라벨 자체의 인식이 크게 손상될 수 있기 때문입니다.

대신 논문 저자들은 “organic + NGT”와 같은 라벨 체계를 제안하여, 이것이 전통적인 “클래식 유기” 라벨이 아니라도 기존 GMO와는 구분된다는 점을 명확히 하고자 합니다.

만약 유기 농업이 EU에서 촉진되는 농업 형태라면, 모든 형태의 유기 생산( NGT+ 포함)도 EU 유기 목표 달성을 평가할 때 받아들여져야 합니다.

이는 수확량을 희생하지 않으면서도 유기 재배 방법을 보다 널리 확산시킬 수 있는 길을 열어줍니다. 특히 유기 라벨은 단순히 식물 품종뿐 아니라 살충·제초제 사용, 경작·파종 방식 등 전반적인 재배 방식을 포함합니다.

유전자 편집과 농업 회복력에 대한 최종 고찰

변화하는 기후 조건과 증가하는 식량 수요는 동시에 큰 위험이자 큰 기회입니다.

한편으로는 막대한 인류 고통과 생태계 파괴를 초래할 수 있고, 다른 한편으로는 보다 지속 가능한 농업 형태를 창조하도록 우리를 자극하는 동기가 될 수 있습니다.

이는 농업이 시작된 이래로 이어져 온 작물 유전자의 일부 수정으로 가능해질 것입니다.

새로운 유전체 기술은 지난 수십 년간 축적된 방대한 유전체 데이터를 활용해 보다 회복력 있고 생산적인 식물을 만들 수 있게 되었습니다.

동시에 우리의 규제와 유전공학에 대한 인식도 진화해야 합니다. 환경 보호라는 궁극적 목표는 아직도 원시적인 유전공학에 대한 선입견을 극복해야 합니다.

이는 무분별한 생태계 변형을 허용하자는 의미가 아니라, 모든 새로운 도구를 신중하고 개방적으로 활용함으로써 대부분의 위험을 완화하면서 최상의 결과를 도출할 수 있다는 뜻입니다.

식물 유전공학 혁신 기업

Corteva

Corteva는 특히 화학 및 종자 분야에서 세계적인 농업 기술 선도 기업이며, 로보틱스와 같은 새로운 농업 기술에도 활발히 참여하고 있습니다.

2023년 순매출 172억 달러, 직원 22,500명 이상, 고객 10,000,000명 이상을 보유한 이 기업은 미국 경쟁사인 Bayer와 Syngenta와 함께 업계 최대 규모에 속합니다.

전반적으로, 그리고 아마도 소비 감소와 경쟁 심화라는 더 깊은 추세를 반영하듯, 2024년에는 화학(살충제, 제초제 등) 매출이 감소한 반면 종자 매출은 성장했습니다.

출처: Corteva

깊이 살펴보면, Corteva의 종자 핵심 사업은 옥수수와 대두에 집중돼 있으며, 이 부문이 회사 매출의 대부분을 차지합니다. 특히 Corteva의 “Enlist E3” 대두는 3가지 제초제(2,4‑D 콜린, 글리포세이트, 글루포시네이트)에 대한 저항성을 갖추고 2019년 미시장 점유율 5% 이하에서 2023년 현재 65% 이상으로 성장했습니다.

작물 보호·화학 부문에서는 매출의 절반 이상이 제초제이며, 나머지는 주로 살충제와 살균제로 구성됩니다.

Corteva는 현재 전통적인 산업 농업을 기반으로 사업을 전개하고 있으며, 이는 여전히 매우 수익성 높은 활동으로 현재 R&D 예산을 유지하고 있습니다.

하지만 여기서와 이전 “Future of farming” 기사에서 논의했듯이, 새로운 가능성이 열리고 있으며 Corteva가 그 선두에 서고 있습니다:

• 기존 작물에 대한 유전자 편집, 여기에는 CRISPR 기술 활용이 포함됩니다.
• Ag‑Tech 스타트업을 위한 혁신 허브, Corteva Catalyst. “머신러닝 플랫폼이 부문을 조망하고 Corteva 연구 우선순위와 관련된 기술을 식별하는 데 도움을 주고 있습니다.”
• 생물자극제, 생물방제제 및 곤충 페로몬 등 자연 유래 제품은 검증된 예측 가능한 성능을 제공합니다.
• 질소 고정 박테리아(BlueN™ 또는 Utrisha™ N)를 활용해 화학 비료 없이 추가 비료를 생산합니다.
• 비타민 A가 강화된 곡물을 통해 저소득 국가의 영양 개선에 기여합니다.
• 줄작물용 보행 로봇을 개발합니다.
• 농장 내 AI 구현 실험, 과일 수확부터 종자 생산을 위한 형질 선택에 최적의 식물 찾기까지 다양합니다.
• 전체 소프트웨어 솔루션 스위트, 토지 영상 데이터부터 농장 관리 소프트웨어, 탄소 크레딧 모니터링 및 판매까지 포괄합니다.

Corteva는 또한 2035년까지 100억~300억 달러 규모의 시장이 될 것으로 예상되는 친환경 바이오연료와 특수 단백질에 대한 미래 수요에도 적극적으로 대비하고 있습니다.

출처: Corteva

따라서 전통적인 산업 농업의 거인인 동시에, 급변하는 농업 관행에 빠르게 적응하고 성공적인 기업으로 자리매김하려는 명확한 비전을 가지고 있습니다.

최신 Corteva (CTVA) 주식 뉴스 및 개발 현황

참조 연구

<sup>1. Long Stephen P. (2025) 작물을 미래에 대비시키고 대기 변화를 완화하기 위한 작물 시스템 활용에 대한 필요와 기회. Phil. Trans. R. Soc. 29 2025년 5월. https://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
2. Molitorisová, Alexandra, et al. (2025) 유기 생산에서의 새로운 유전체 기술: 과학 기반, 효과적이며 EU에서 수용 가능한 규제에 대한 고찰. Cell Reports Sustainability, 2025년 5월 30일. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6</sup>