미니크로모솜 기술 – 작물 수확량 지속 가능한 성장의 최적 방법?

농업은 인류 문명이 존재한 이래로 지속되어 온 실천입니다. 이 기간 동안 새로운 기술들이 주기적으로 농업을 풍요롭게 해왔습니다. 그 결과 농업은 보다 효율적이고 시간과 비용을 절감하게 되었습니다. 이 진화 과정에서 인간의 노동은 크게 대체되었으며, 처음에는 동물에 의해, 그 다음에는 기계에 의해 대체되었습니다. 이러한 성장 궤적에서 최신 추가 기술 중 하나가 미니크로모솜 기술입니다. 

미니크로모솜 기술이란 무엇인가?

미니크로모솜은 세포 내에 존재하는 작은 구조물입니다. 이러한 구조물은 크기는 작지만 내부에 보유한 유전 물질을 통해 방대한 정보를 저장할 수 있습니다. 

이러한 작은 구조물은 농업 유전학자들에게 매우 중요합니다. 왜냐하면 이를 통해 식물에 수십 가지 형질을 추가하여 개량할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 식물을 더 가뭄에 강하게 하거나 질소 활용 능력을 향상시킬 수 있습니다. 흥미롭게도 이러한 변형은 수확량을 크게 향상시킬 수 있지만 식물의 유전자를 직접 변경하지 않으므로 규제 기관과 농부들 사이에서 더 널리 받아들여집니다. 

앞으로의 섹션에서 미니크로모솜 기술의 특징과 특수성을 자세히 살펴볼 것이지만, 그 목적과 목표를 더 잘 이해하기 위해서는 먼저 그 역사를 알아야 합니다. 

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미니크로모솜 기술의 기원 간략히

미니크로모솜 기술은 유전자 스태킹이라고도 불리며, 다음 인물의 발견에서 시작되었습니다: Daphne Preuss, 세계에서 가장 성공적인 식품 및 농업 기업가 중 한 명입니다. 

미국 메인주 소렌토에 거주하는 다프네 프라우스는 그녀의 길고 화려한 경력에서 다양한 역할을 수행해 왔습니다. 2006년 11월부터 2018년 12월까지 프라우스는 미래 식품으로도 알려진 크로마틴(Chromatin Inc.)의 CEO를 역임했습니다.

그레고리 코펜하버에 따르면, 프라우스가 원래 아라비도프시스 탈리아나(작은 겨자 식물)와 함께 작업하던 프로젝트에 참여했습니다: 

“다프네는 식물용 유전 지도 기술을 개발할 수 있게 해주는 특성을 가진 돌연변이를 발견했습니다. 우리는 세포가 분열 중에 염색체를 이동시켜야 할 때 잡는 중심체(centromere)를 식별하는 기술을 고안했습니다. 우리는 스스로 중심체를 포착하고 이를 다른 식물에 적용하는 방법을 알아냈습니다.”

이것이 미니크로모솜 기술 개발로 이어졌습니다. 이후 코펜하버와 프라우스는 회사를 설립했습니다 Chromatin Inc. 그리고 이 기술을 해당 회사에 라이선스했습니다. 이것이 미니크로모솜 기술 기원의 간략한 이야기입니다. 

이 정보를 바탕으로 다음에 떠오르는 당연한 질문은 왜 미니크로모솜 기술이 주목받게 되었는가 입니다. 당시에도 작물 수확량과 생산량을 향상시키기 위해 식물 유전학을 활용하려는 유사한 연구들이 있었을 것입니다. 코펜하버는 그에 대한 답을 가지고 있었습니다. 

미니크로모솜 기술이 돋보이게 만든 요인

코펜하버에 따르면, 이미 유전자를 염색체에 삽입하여 식물을 변형시키는 방법은 알려져 있었습니다. 그러나 수십 년 동안 존재해 온 기술들은 무작위성에 시달렸으며, 결과가 어떻게 될지 확신할 수 없었습니다. 

유전자를 기존 염색체에 삽입하더라도, 그 착지 위치가 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 삽입 과정에서 다른 유전자를 방해할 위험도 있었습니다. 

이러한 불확실성 때문에 기존 과정은 번거롭고 수행하기 어려워졌습니다. 수천 개의 식물을 다룬 후에도, 연구자들은 변형이 원하는 결과를 얻은 제한된 경우에만 성공할 수 있었습니다. 

미니크로모솜 기술은 과정에 확실성을 부여했습니다. 코펜하버에 따르면, 이 과정은 “형질을 전달하기가 더 쉬워졌다”고 합니다. 새로운 식물 육종을 “더 빠르고, 더 좋으며, 더 저렴하고, 더 예측 가능하게” 만들었습니다. 

미니크로모솜 기술은 얼마나 발전했는가?

미니크로모솜 기술에 대한 연구는 지금까지 많은 획기적인 통찰을 제공했습니다. 예를 들어, 미니크로모솜은 자체 유전자를 가지고 있지 않습니다. 이 특징과 작은 크기는 미니크로모솜이 외래 유전자를 발현시키는 초고속 운반체 역할을 하게 합니다. 이 과정에서 숙주 식물의 성장 및 발달 패턴에 최소한으로만 간섭합니다. 

미니크로모솜은 유사분열과 감수분열 동안 안정적으로 유지됩니다. 이 특성은 삽입된 유전자가 세포 간, 세대 간에 발현되고 전달될 수 있게 합니다. 미니크로모솜에서 유전자를 추가, 삭제, 교체하는 것은 간단합니다. 단지 SSR 시스템(단순 반복 서열)만 있으면 됩니다. 

오늘날의 미니크로모솜 기술은 여러 방면에서 우리 농업에 도움이 됩니다. 제초제 내성 및 해충 저항성 식물 유전자를 개발하는 데 활용될 수 있습니다. 

• 첫 번째 유형의 유전자는 잡초 방제에 도움을 줍니다. 
• 두 번째 유형은 살충제 사용량을 감소시켜 농업 비용을 낮추고 작물을 더 건강하게 만듭니다. 

게다가 이 기술은 작물과 식물에 보다 효과적인 유전공학을 수행할 수 있는 기반을 마련하여 수확량을 증가시킵니다. 동일한 양의 천연 자원으로 더 많은 작물을 재배할 가능성을 가지고 있습니다. 

인공 염색체 기술과 효과적인 유전자 조립 방법을 지속적으로 혁신함으로써, 목표 지향적인 유전체 편집과 조작이 가능해집니다. 

하지만 비용과 자원 사용량을 동일하거나 낮게 유지하면서 왜 수확량을 늘려야 할까요? 이는 전 세계 인구가 증가하고, 이용 가능한 경작 가능한 토지는 더 이상 늘릴 수 없기 때문입니다. 공급과 수요의 불균형을 해소하는 것이 바로 미니크로모솜과 같은 수확량 증가 기술이 필요한 이유입니다. 

전 세계 식량 수요가 증가할 것이다

유엔 식량 농업 기구(FAO)가 발표한 요약 보고서에 따르면, 2009년부터 2050년 사이에 전 세계 인구가 3분의 1 이상, 즉 23억 명이 증가할 수 있습니다. 이는 엄청난 식량 수요를 초래하게 됩니다. 

예를 들어, 곡물에 대한 수요는 식품 및 사료 용도로 2050년까지 약 30억 톤에 이를 수 있습니다. 보고서는 2050년 전 세계 인구 91억 명을 부양하기 위해 2005/07년 대비 전체 식량 생산량을 거의 70% 증가시켜야 한다고 추정합니다. 개발도상국에서는 성장률이 거의 100%에 달할 것으로 예상됩니다. 

FAO는 이러한 목표를 달성하려면 수확량 증대 기술을 도입해야 한다고 믿습니다. 전체 작물 생산 증가 중 90%는 높은 수확량과 작물 재배 강도 증가에서 비롯되어야 하며, 나머지는 토지 확장으로부터 나와야 한다고 명확히 밝히고 있습니다. 

작물 생산 효율성을 향상시키고 수확량을 늘리는 것이 현실이지만, 기후 변화로 인한 예측 불가능한 날씨에 대비해 작물을 내성 있게 만드는 필요성도 있습니다. 

우리는 이미 미니크로모솜 기술이 가뭄 저항성 작물 생산에 도움이 된다는 것을 확인했습니다. 그러나 이러한 작물을 대규모로 생산하려면 정부와 대형 다국적 기업의 투자가 더욱 필요합니다. 다행히도 이러한 사례는 이미 존재합니다. 

Chromatin Inc.가 그 발견을 통해 만든 길을 따라가 보면, 여러 대형 글로벌 기업들이 수년간 이 기술에 관심을 표명해 왔음을 알 수 있습니다. 먼저 이러한 관심 표현을 살펴보고, 이후 해당 기업들이 이 분야에서 어떤 솔루션을 제공했는지 깊이 탐구하겠습니다. 

• 2007년에 Chromatin은 Syngenta Biology Inc.에 옥수수와 대두에 대한 기술 사용 비독점 라이선스를 부여했습니다.
• Syngenta에 이어, 이 회사는 Dow AgroSciences와도 미니크로모솜 기술과 Dow의 기술을 결합하는 연구 협약을 체결했습니다. 
• 또한 Bayer Crop Science와도 면화 식물에 이 기술을 활용하기 위한 계약을 체결했습니다. 

이제까지 이 세 다국적 기업이 성공적으로 수행한 관련 수확량 증대 개발 사례를 살펴보겠습니다. 

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta는 보다 효율적인 종자 형질 기술을 통해 작물 개발을 지속해 왔습니다. Syngenta의 형질 전환 가속기는 최첨단 기술을 활용한 옥수수 종자 제품을 시장에 신속히 출시하도록 도입했습니다. 

미니크로모솜과 같은 기술을 지속적으로 통합하면서, 분자생물학, 생화학, 식물 변형 및 응용 유전체학 분야에서도 광범위하게 작업해 왔습니다. Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera, Enogen과 같은 제품은 예측 불가능한 강우와 파괴적인 곤충·해충으로부터 수확량을 보호하는 신뢰할 수 있는 종자 기술 솔루션을 제공했습니다.

2023년 11월 9일, Syngenta Group은 재무 실적을 발표했습니다. 2023년 첫 9개월 및 3분기 재무 실적을 발표했습니다. 2023년 첫 9개월 매출은 243억 달러로 전년 대비 6% 감소했으며, EBITDA는 2022년 대비 22% 낮았습니다. 

2. Dow AgroSciences

Dow Corporation은 자원 사용을 최소화하면서 식물 성장을 최적화하는 다양한 작물 솔루션을 보유하고 있습니다. Dow는 자사 작물 솔루션이 곤충, 잡초 및 질병으로부터 작물을 보호하여 손실을 감소시키도록 보장합니다. 또한 영양소와 물의 효율적인 공급을 제공하고, 신뢰할 수 있는 원료를 사용해 살충제 합성을 가능하게 합니다. 

Dow는 2023년 3분기 실적을 10월 24일에 발표했습니다. 회사는 순매출 107억 달러를 기록했으며, 전년 동기간 대비 24% 감소했습니다. GAAP 주당 순이익은 0.42달러였으며, 영업 주당 순이익(EPS)은 0.48달러였고, 전년 동기간은 1.11달러, 전 분기는 0.75달러였습니다.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences는 Bayer Global의 일부분으로, 종자와 형질 및 작물 보호에 관한 혁신에 집중하고 있습니다. 이러한 혁신은 바이오테크놀로지 과학자들이 식물 DNA 내에서 목표 지향적인 개선을 이루도록 도왔습니다. 그 솔루션은 내장된 제초제 내성을 통해 잡초를 제어하고, 농부들이 유전적 잠재력을 보존하면서 더 효율적으로 재배하도록 돕습니다. 

Bayer에 따르면, 작물 보호의 이점은 막대합니다. 작물 보호 메커니즘은 전 세계 수확량의 약 30%를 보호하며, 이는 5억 5천만 톤의 식량에 해당해 20억 명 이상의 인구를 부양할 수 있습니다. 

Bayer의 작물 보호 솔루션 스펙트럼은 제초제, 살균제, 살충제로 구성됩니다. 모든 솔루션은 최첨단 화학, 생물학적 혁신 및 데이터 기반 현장 인사이트에 의해 구동됩니다. 기술의 정밀한 적용은 고도로 진보된 종자와 형질을 만들어냅니다. 

2022 회계연도에 Bayer Group은 그룹 매출 507.39억 유로를 기록했으며, 통화 및 포트폴리오 조정 기준으로 8.7% 증가했습니다. 특수 항목 제외 EBITDA는 13.513억 유로로 20.9% 상승했습니다.

미니크로모솜 기술의 미래

인구 증가, 예측 불가능한 기후, 그리고 전 세계 경작 가능한 토지의 성장 한계는 미니크로모솜과 같은 보다 진보된 작물 생산 기술의 필요성을 촉진합니다. 미니크로모솜 기술의 가장 유망한 측면은 유사한 기술들이 지속적으로 등장할 수 있는 길을 열어준다는 점입니다. 

현재 연구에 따르면, 효율적인 유전적 변화를 통해 주변 환경이 악조건이더라도 식물이 더 잘 성장할 수 있습니다. 예를 들어, 옥수수 수확량은 10% 증가했습니다. 생산량이 증가했을 뿐만 아니라, 이 옥수수는 가뭄 내성, 라이신 함량 증가, 에탄올 생산 능력 향상 등에서도 개선되었습니다. 

미니크로모솜과 같은 기술을 기반으로 한 유전공학은 감자 역병에 저항하면서 화학 살균제 사용을 최대 90%까지 감소시킬 수 있습니다. 이제 감자 재배는 환경에 미치는 영향이 적을 뿐만 아니라, 수확물은 멍과 검은 반점이 크게 줄어들었습니다. 이러한 감자는 저장 능력이 향상되었으며, 생산 과정에서 화학 물질 사용이 감소함으로써 인체에 덜 해롭습니다. 

옥수수와 감자뿐만 아니라, 미니크로모솜 기술은 북극 사과, 하와이 파파야 품종, 여름 호박 및 주키니 생산도 지속적으로 개선하고 있습니다. 이 기술은 과일이 갈변되는 것을 방지하면서 영양가와 맛을 보존하도록 돕습니다. 또한 링스팟 바이러스, 황색 모자이크 바이러스 등 여러 유해 바이러스에 효과적임이 입증되었습니다. 심지어 트랜스 지방이 전혀 없는 대두유 개발에도 기여하여 심혈관 건강에 해로운 요소를 제거했습니다. 

전반적으로, 미니크로모솜과 같은 혁신적인 농업 기술에 대한 관심이 급증하고 있는 시점은 전 세계적으로 작물 수확량을 증가시키는 것이 우선 과제가 되고 있으며, 동시에 더 적은 탄소 발자국으로 지속 가능하게 이루어져야 하는 시점과 일치합니다. 바로 이때 미니크로모솜 기술이 가장 빛을 발하며, 두 목표를 모두 크게 달성하도록 돕습니다. 따라서 향후 며칠 내에 이 분야에 대한 투자와 연구 자금 유입이 더욱 증가할 것으로 합리적으로 기대할 수 있습니다. 

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