바이오테크
CRISPR-Cas9를 이용한 식용 균사체의 유전자 해킹을 통한 고기 대체품 만들기
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
버섯 균사체로 고기를 대체하기
많은 최근 시도들이 실험실에서 고기를 배양하여 가축 사육이 초래하는 생태학적·기후적 영향을 줄이려는 목표로 진행되었습니다. 그러나 이러한 시도들은 아직까지 비용과 인공 환경에서 고기를 성장시키는 기술적 어려움 때문에 제한적인 결과에 머물렀습니다.
대안으로 동물성 성분이 전혀 없는 고기 대체품을 만드는 방법이 있습니다. 상업적으로 성공하려면 맛과 식감이 실제 고기에 가까울수록 소비자를 설득하기가 쉬워집니다.
지금까지 대부분의 대체품은 임파서블 푸드 버거와 같은 식물 기반이었습니다.
출처: Save On Foods
하지만 식물 기반 대체품으로는 실제 고기의 촉감과 맛을 완전히 재현하기가 어려웠습니다. 채식주의자와 비건 요리사들은 전통 레시피에서 버섯이 종종 고기의 좋은 대체재가 된다는 것을 잘 알고 있습니다.
그리고 연구자들은 이제 버섯을 유전적으로 변형시켜 훨씬 더 고기와 비슷하게 만들 방법을 모색하고 있습니다.
균사체를 고기와 같은 맛으로 만들기
전통 활용하기
캘리포니아 버클리 대학교 연구진은 아시아에서 수세기 동안 식품 생산에 사용되어 온 곰팡이, 즉 Aspergillus oryzae (코지 곰팡이)를 조사했습니다. 코지는 된장, 사케, 간장 등 아시아 요리의 핵심 재료입니다.
이전에는 인도네시아에서 전통적으로 온콤이라는 주식 식품을 만들 때 사용되는 Neurospora intermedia 곰팡이를 연구했습니다. 이를 이용해 완전히 새로운 요리를 만들었습니다:
“우리는 쌀, 물, 그리고 곰팡이 세 가지 재료만으로 아름답고 눈에 띄는 주황색 죽을 만드는 과정을 개발했습니다.”
곰팡이 균사체를 활용하면 고기에 비해 많은 장점을 얻을 수 있습니다. 대부분의 곰팡이는 식물과 고기보다 더 건강한 식품이며, 암 예방, 심혈관 질환, 대사 장애 등에 긍정적인 효과가 있습니다.
또한 농업 폐기물, 목재 등 다양한 유기물을 식용 식품으로 전환하는 효율이 매우 높습니다.
마지막으로, 식물 기반 대체품과 달리 균사체는 광범위한 가공, 단백질 정제, 추가 성분 투입 없이 바로 고기와 같은 패티 형태로 만들 수 있습니다. 필요한 유일한 가공은 바이오매스에서 과잉 수분을 제거한 뒤 분쇄하고 조리하는 것입니다.
CRISPR을 이용한 새로운 식품 만들기
CRISPR-Cas9는 현재까지 주로 유전자 치료와 관련해 논의되어 왔으며, 2023년 말에 최초 치료가 승인되었습니다. 이는 우리 기사 “Sickle Cell Disease Gene Therapies Approved by FDA Highlighting Potential of CRISPR/Cas9 Technologies”에서도 다뤘습니다.
CRISPR는 유기체의 유전자를 추가하거나 수정해야 하는 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 버클리의 Jay Keasling 팀은 코지 곰팡이에 일련의 유전자를 CRISPR-Cas9로 변형하여 실제 고기와 같은 맛을 내도록 연구를 시작했습니다:
- 그들은 곰팡이가 헤모글로빈과 유사한 색과 풍미를 부여하는 헴(heme)이라는 분자를 대량 생산하도록 만들었습니다.
- 그 다음, 곰팡이에서만 발견되는 항산화제인 에르고티오네인(ergothioneine) 생산을 추가했으며, 이는 심혈관 건강에 도움이 되는 것으로 알려져 있습니다.
출처: Nature.com
이 결과로 붉은 색을 띤 균사체가 만들어졌으며, 수분을 일부 제거하면 버거 패티 형태로 성형해 동일한 방식으로 튀길 수 있습니다.
출처: Nature.com
식용 균사체 CRISPR 툴킷은 Nature Communications에 게재된 과학 논문 “Edible mycelium bioengineered for enhanced nutritional value and sensory appeal using a modular synthetic biology toolkit”에서 자세히 설명됩니다.
논문에 따르면 변형된 코지 곰팡이는 “균사체 내에서 가장 높은 수준의 세포내 헴을 보유하고 있으며, 균사성 곰팡이에서 헴 생합성 공학이 드물게 구현된 사례”라고 합니다.
균사체 기반 고기를 만들기 위한 다음 단계
현재 코지 곰팡이 패티는 목표에 근접했지만 아직 완벽하지는 않습니다. 연구진은 고기와 더욱 유사하게 만들기 위한 다음 단계들을 모색하고 있습니다:
- 섬유 길이를 늘려 식감이 더 고기와 비슷하도록 균사체 섬유를 개선합니다.
- 지방 조성을 개선해 더 건강하고 입 안에서의 풍미를 향상시킵니다.
- 전통 의학에서 사용되는 영지, 표고, 사자머리, 마이타케 등 약용 버섯의 건강 효능을 제공하는 기능성 성분을 추가하거나 농도를 높입니다.
이번 연구를 위해 개발된 CRISPR 툴킷은 다른 식용 버섯에도 적용될 수 있으며, 이러한 버섯은 인간이 오랜 기간 섭취해 온 역사와 알려진 화학·영양·안전 프로파일을 가지고 있어 더 이국적이거나 산업용 종보다 선호됩니다.
균사체 기반 고기 대체품을 판매하는 기업들
1. Eat Meati
이 회사는 비유전적으로 변형되지 않은 균사체를 사용해 균사체 기반 고기 대체품을 생산합니다.
출처: Meati
그들은 산불이 남긴 화재 후 잿더미에서 자연적으로 발견되는 MushroomRoot(N. crassa 균사체)를 사용합니다. 버클리에서 개발된 CRISPR-Cas9 툴킷을 N. crassa 균사체에도 적용할 수 있을 것으로 보입니다.
2. Untamed Feast
이 버섯 전문 기업은 주로 버섯 추출물, 건조 버섯, 그리고 다양한 종류의 버섯(송이버섯, 포르치니, 뽕송이, 차가)으로 만든 즉석 식사를 판매합니다.
출처: Untamed Feast
또한 “Mushroom Meat”라는 이름의 버거용 고기 대체품을 판매하고 있는데, 이는 야생 버섯(포르치니, 보레트, 표고, 굴버섯, 아가리쿠스, 차가)과 대두 단백질, 쌀가루, 해조류, 옥수수 전분을 혼합해 만든 제품입니다.
3. Prime Roots
이 회사는 이미 코지 곰팡이를 이용해 델리 고기, 차퀴테리(살라미, 페퍼로니, 피자용 페퍼로니, 사과·세이지·흑송로 파테, 푸아그라 토르숑) 및 베이컨 등 고기와 유사한 제품을 생산하고 있습니다.
출처: Prime Roots
회사가 이미 코지 곰팡이를 사용해 고기 대체품을 만들고 있다는 점을 고려하면, 버클리 연구가 그들의 제품에 직접 적용될 수 있으며 이는 회사의 다음 단계가 될 것임이 분명합니다.
이는 직접적인 협업을 통해서든, 혹은 연구개발을 복제하고 자체 코지 곰팡이 균주와 제조 공정에 맞게 적용함으로써 이룰 수 있습니다.
결론
자원 소모는 적지만 동일한 맛을 제공하는 건강한 고기 유사 대체 식품은 재배 경제성이 타당하다면 큰 시장이 될 가능성이 높습니다. 식물 기반 및 실험실 배양 고기는 좋은 옵션이지만 각각 복잡한 가공 과정과 높은 비용 구조라는 장벽에 직면해 있습니다.
반면, 균사체는 실험실 및 산업 환경에서 잘 성장하며 수천 년 동안 반죽, 맥주, 사케, 된장, 간장 등을 생산하는 발효 과정에 활용되어 왔습니다.
CRISPR와 같은 새로운 유전공학 도구가 등장함에 따라, 향후 몇 년 안에 균사체가 질감, 풍미, 색상 등에서 “진짜” 고기와 동등한 수준에 도달할 수 있을 것으로 기대됩니다.
다진 소고기와 같은 맛을 제공할 뿐만 아니라, 균사체 기반 고기 제품은 항산화제와 기타 건강 증진 물질을 다량 함유해 소비자 식단에 큰 이점을 제공할 가능성이 높습니다.
마지막으로, 이러한 재배 방법은 농업 폐기물을 재활용하고, 도시 농장처럼 제한된 공간에서도 식량을 생산하거나, 심지어 달과 화성의 영구 정착지에 거주하는 우주비행사들에게 식량을 공급하는 데 매우 유용할 것입니다(우리의 기사 “Space Food – How Will We Feed Humanity’s Next Wave of Pioneers?”에서도 논의했습니다).
