인류가 농경생활을 시작한 이래, 작물의 생산과 재배에 가장 큰 피해를 준 것은 다름아닌 해충과 잡초입니다. 기후에 의한 피해 역시 오랜 세월 반복돼 왔습니다. 생명공학연구는 이를 해결하기 위해 다양한 작물을 생산, 농업 생산성 향상과 환경보호에 많은 기여를 하고 있습니다. 또한 인류의 영양증진을 위해 다양한 작물을 개발하고 있습니다. ■ 생산성 향상 1) 제초제내성 작물초기에 연구가 가장 활발했던 개발작물입니다. 지구상에는 약 3만여 종의 잡초가 있는데, 이로 인해 작물 수확량이 줄어, 과도하게 제초제를 사용하게 되었고, 이는 결국 환경오염으로 이어졌습니다. 하지만 제초제 내성 작물이 개발되면서 잡초 제거에 쓰였던 농민들의 작업시간이 획기적으로 줄었고 전체적인 제초제 사용량도 감소했습니다. 대표적인 제초제내성 작물로는 콩, 면화, 옥수수, 캐놀라 등이 있습니다. 최근엔 제초제내성 벼도 개발 중에 있습니다.2) 해충저항성 작물해충저항성 작물은 살충제를 쓰지 않고도 해충을 방제할 수 있게 합니다. 따라서 작업효율을 높이고 자연환경 역시 보호할 수 있습니다.해충저항성 작물 개발은 오래 전부터 저공해 미생물 살충제로 활용되어 오던 토양세균인 고초균(Bt, Bacillus thuringiensis)을 이용합니다. 곤충의 위속에 들어간 고초균은 Bt단백질이라는 살충성 물질을 생산하여 곤충을 죽게 합니다. 하지만 이 살충성 물질은 알칼리성인 곤충의 위에서만 작용, 같은 성분을 섭취한 다른 동식물에는 전혀 해를 끼치지 않습니다. 또 자외선에 의해 빠르게 변성되어 토양이나 물을 오염시키지 않고 먹이사슬로 전달되는 위험이 없습니다. 잘 알려진 작물로는 해충저항성 옥수수, 면화, 감자 등이 있습니다. 3) 바이러스저항성 작물 바이러스에 의한 병해 역시 작물 손상의 주된 원인 중 하나입니다, 이를 위해 바이러스에 의한 병해를 막음으로써 작물의 손상을 줄이기 위한 바이러스저항성 작물이 개발되고 있습니다. 대표적으로 담배, 호박, 파파야 등이 개발되었습니다.4) 환경(가뭄, 염분, 냉해)스트레스저항성 작물 일반적으로 작물은 가뭄, 염, 냉과 같은 외부 환경스트레스에 민감하여 그 피해는 곧바로 생산성 감소로 이어집니다. 실제 미국에서는 가뭄 때마다 옥수수 수확량이 상당수 줄어 들었고, 물 부족 역시 농작물 생산을 감소시킬 요인으로 지적되고 있습니다. 하지만 이런 문제 역시 생명공학작물 개발로 해소될 수 있으리라 기대가 되고 있습니다.예를 들어 사막이나 냉대기후 등 열악한 환경에서도 잘 자라는 식물의 유전자를 이용, 다양한 악천후에도 저항성을 갖춘 작물을 개발할 수 있습니다. 또한 적은 물로도 잘 자라는 식물을 개발한다면 물 부족으로 인한 수확량 감소에도 일정부분 기여할 수 있을 것으로 예상됩니다. ■ 영양 개선 1) 고(高)올레산 대두올레산은 지방산의 일종으로 혈중의 좋은 콜레스테롤은 그대로 두고, 나쁜 콜레스테롤을 낮추는 역할을 합니다. 이 대두는 올레산의 함유량을 종래의 3~4배까지 높인 것으로 올리브유 및 일반 식물성 식용유에 비해 포화지방 함량이 33%나 낮습니다. 이 식용유는 건강에 좋은 지방산인 단일불포화지방산을 80% 이상 함유한 것으로서, 올리브유보다 그 함량이 높습니다. 이 콩으로 만든 식용유를 쓰게 되면 자연히 혈중 콜레스테롤이 낮아지게 됩니다. 또한 식품 가공시 안전성과 신선함을 더해줍니다.식용으로만 사용되는 것도 아닙니다. 바이오 원료를 이용하는 의류와 플라스틱 생산에도 사용될 수 있습니다. 이 제품은 현재 개발 중에 있습니다. 2) 황금쌀(Golden rice)개발도상국을 중심으로 세계 각국에서 약 4억 명이 비타민A 결핍으로 고통 받고 있으며 실명의 위기에 놓인 사람도 적지 않습니다.본래 쌀에는 없는 영양소지만, β-카로틴의 합성에 관련된 유전자를 삽입, 체내에서 비타민 A가 합성되도록 만들어진 것입니다. 이것을 주식으로 먹게 되면 특별한 노력 없이도 꾸준히 비타민A를 보충할 수 있게 됩니다. ■ 기능 향상 1) 고-아밀라아제 옥수수최근 많은 국가들이 바이오 연료와 같은 대체가능에너지 공급을 위해 농업에 눈을 돌리고 있습니다.기존 휘발유와 혼합하여 쓰며 공해위험이 적은 친환경 연료인 바이오 에탄올의 경우, 전분 분해효소 함량이 높은 생명공학옥수수를 통해 생산할 수 있습니다. 옥수수의 전분 분해효소는 전분을 당으로 만들며, 그 당을 이용하여 에탄올을 생산하게 됩니다. 이러한 옥수수는 에너지원 감소의 지속적인 해결책이 될 전망입니다. 이 제품은 개발 중에 있습니다. 2) 전분재조합 감자감자의 전분은 제지산업의 중요한 원료입니다. 생명공학감자는 제지 생산성을 높이는데 기여할수 있습니다.대개 감자전분은 아밀로오스와 아밀로펙틴, 두 성분으로 구성됩니다. 이 중, 종이 생산에 필요한 성분은 아밀로펙틴이며, 아밀로오스는 필요없는 성분이지요.생명공학감자는 100% 아미로펙틴만으로 돼 있어 기존의 감자 전분 분리작업, 즉 아미로펙틴과 아밀로오스를 분류하는 작업에 들어가던 시간과 비용을 대폭 줄여줍니다. 또 필요한 전분의 내용과 양을 조절하면 다양한 강도와 용도를 가진 종이를 생산할 수 있게 됩니다.이런 특징은 종이 생산시 가장 큰 고민거리인 용수 낭비를 해결해주게 될 것입니다. 이 제품은 현재 개발 중에 있습니다.3) 지뢰 찾는 식물 지뢰는 캄보디아, 아프가니스탄을 비롯한 많은 지역에서 분쟁 중 매설되었지만, 엄청난 비용 때문에 미처 제거되지 못한 채 많은 민간인들에 피해를 입히고 있습니다. 이를 위해 땅 속의 지뢰나 불발탄을 찾아내는 식물이 개발 중에 있습니다.지뢰의 폭약은 이산화질소를 방출합니다. 지뢰 찾는 식물은 그 이산화질소를 흡수하여, 식물체를 붉은 빛으로 변하게 합니다. 따라서 지뢰근처의 식물들은 검붉게 변한 잎을 갖게 되고 이를 통해 지뢰의 매설여부를 알 수 있게 되는 것입니다. [대전차 지뢰에 의해 검붉게 변한 지뢰 찾는 식물]
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생명공학 작물은 농업, 환경, 사회에 많은 혜택을 가져다 주고 있다. 상업화가 시작된 첫 12년(1996-2007) 동안 생명공학 작물의 재배량은 세계적으로 크게 늘어났다. 이 기간 동안 누적 경작 면적은 2007년도에 처음으로 10억 헥타르의 3분의 2인 6억9000 헥타르를 넘어섰다. 경작면적이 이 기간에 무려 67배가 증가한 것으로, 이는 최근 역사에서 가장 빠르게 채택된 생명공학 기술로 기록되게 되었다.아태 지역만을 보면 2007년 생명공학작물의 상업적 재배지 증가는 인상적이었다. 인도에서는 380만 농업인들이 620만 헥타르에 Bt 면화를 심어 2006년 대비 생명공학 작물이 63% 증가하는데 기여했다. 평균작물 재배량이 인도보다 적은 중국에서는 2007년 Bt 면화의 혜택을 입은 농업인들의 숫자가 인도의 두 배에 육박했다. 중국은 710만 농업인들이 해충저항성 Bt면화를 380만 헥타르에 심었다. 2006년에는 350만 헥타르였다. 중국은 또한 상업적으로 이용가능한 생명공학 파파야를 3500 헥타르에 심었고, 25만 헥타르에 Bt 포플러를 심었으며, 바이러스에 강한 피망, 숙기를 지연시킨(delayed ripening) 토마토의 상업화 승인을 받았다. 필리핀에서는 생명공학작물이 2007년 30만 헥타르에 경작되었다. 호주에서는 생명공학 캐놀라에 대한 금지가 뉴사우스 웨일즈와 빅토리아 지역을 중심으로 2007년 말과 2008년에 걸쳐 4년 만에 해지되었다. 또한 호주는 2007년 심각한 가뭄 피해에도 불구하고Bt 면화를 10만 헥타르에 경작했다.글로벌 차원에서는 전체 생명공학 작물이 2007년 12%, 면적으로 230만 헥타르의 비율로 급증해 전체 1억 1430만 헥타르에 이르렀다. 이에 더해 생명공학작물을 재배하는 국가는 개도국 12국가, 선진국 11개 국가 등 모두 23개국으로 늘었다. 재배 면적 순으로는 미국, 아르헨티나, 브라질, 캐나다, 인도, 중국, 파라과이, 남아프리카, 우루과이, 필리핀, 호주, 스페인, 멕시코, 콜롬비아, 프랑스, 온두라스, 체코, 포르투갈, 독일, 슬로바키아, 루마니아, 폴란드 순이었다. 더욱 의미있는 것은 2007년 전세계 생명공학 작물 재배 농업인 120만 명 중에서 90%가 넘는 110만 명이 개도국의 영세 농업인들이라는 점이다. 이는 매우 중대한 사건으로 빈곤과 기아를 2015년까지 50% 줄이자는 유엔의 밀레니엄개발 목표(Millenium Development Goal)를 실현하는데 생명공학 작물이 기여할 수 있음을 시사한다. 크롭라이프 아시아는 역량구축 프로그램을 통해 농업인, 소비자, 정책결정자, 학계, 과학자, 기타 이해관계자들을 지원하고 있다. 우리의 목표는 아태 지역의 국가들이 자신의 영역 내에서 생명공학 작물이 사용되는 것에 대해 정보와 과학에 기반해 의사 결정을 할 수 있도록 돕는 것이다. 작물업계의 친선대사 역할을 하는 크롭라이프 아시아는 이러한 최첨단 기술의 혜택을 입는 작물을 개발하고 상업화하는 모든 단계에 필요한 베스트 프랙티스 및 표준적인 절차를 홍보하고 있다. Statistical source: ISAAA Brief 39: Global Status of Commercialized Biotech / GM Crops 2008
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농경제학 측면에서 본 생명공학 작물의 혜택은 농업 경영의 향상과 더 나은 수익성을 가져온다는 점이다. 구체적으로 수확량 증가, 생산비 감소(예: 종자, 방충체, 제초제 비용 감소), 토지비옥도 증가, 물 사용 감소 등을 들 수 있다. 1996-2004년 기간 동안 17개국 250만 농업인들이 바이오 옥수수, 대두, 면화, 평지기름 등을 3억8500만 헥타르 (9억 5100만 에이커)에 심은 것으로 추정된다(1). 이 기간 동안 제초제 내성이 강한 작물이 가장 많았으며, 이어 해충 내성이 강한 작물이 뒤를 이었다 (예: Bt 작물). 이들 작물이 각 국가에서 채택되는 비율도 기존 그 어떤 농업 혁명에 의한 것보다 빨랐다. 미국에서는 주요 해충인 유럽 옥수수 천공충(European corn borer)을 방제하기 위해 이 해충이 많은 지역에서는 해충 내성이 강한 Bt 옥수수를 사용하는 것이 표준 농법으로 자리잡았다. 미국 말고도 캐나다, 아르헨티나, 스페인, 남아프리카, 필리핀에서도 이러한 해충을 방제하기 위해 Bt 옥수수가 빠르게 도입되고 있다. 다른 나라들도 생명공학 작물을 현지 옥수수 품종에 적용시키기 시작했다. Bt 면화는 세계 대부분의 지역 (미국, 중국, 인도, 호주, 남아프리카, 아르헨티나)에서 빠르게 도입되고 있다. 이들의 영농시스템은 미국의 대규모 기계화 영농에 의한 면화벨트에서부터 인도나 남아프리카의 소규모 면화농장까지 다양하다. 제초제 내성이 있는 대두는 세계에서 가장 많이 애용되는 바이오 작물이 되었다. 대두가 재배되는 지역의 60%는 생명공학품종이다.제초제 내성이 강한 캐놀라는 캐나다와 미국에서 작물의 생산 시스템 변화에도 도움을 주고 있다. 생명공학 채소 및 과일 작물의 일부 응용작물 (예: 질병에 강한 호박 또는 파파야)이 도입되었고, 농업인과 소비자는 모두 환영했다. References: 1. James C. (2004). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops 2004 2. USDA/APHIS Biotechnology Regulatory Services. Field test releases of GMOs in the USA. 3. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). The state of food and agriculture 2003-2004.
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사회경제적 차원의 혜택이란 생명공학작물을 사용해 커뮤니티 전체에 주어지는 혜택을 말하며, 여기에는 일반적인 경제적 조건, 교육수준, 가족구성 또는 고용수준 등에 의한 장기적인 영향 등이 포함된다. 현재 이용가능한 생명공학작물은 생산비 감소, 수확률 증가, 작물 경영 단순화 등의 형태로 실제적인 경제적 혜택을 가져다 준다. 이들 작물들은 재배자와 그들의 가족에게 마음의 평화와 시간의 여유를 주기 때문에 작물 생산 이외의 활동에 시간을 보낼 수 있게 한다. 대/소규모 재배자 모두 생명공학작물을 재배해 혜택을 입고 있다. 개도국의 소규모 농업인들이 얻는 상대적 혜택은 더욱 커지는 경향이 있는데, 그 이유는 병충해에 내성이 있는 작물이 기존에는 이용할 수 없었던 새로운 작물 보호 수단을 제공하기 때문이다. 생명공학작물은 첫 9년간의 성공적인 경험을 통해 선진국과 개도국의 수 백만 농업인들에게 긍정적인 이미지를 심어줬다. 소비자들도 이러한 생명공학 작물을 통해 더 많은 식품, 사료, 섬유를 어렵지 않게 얻을 수 있게 됐다.농업인들은 기존 영농에 비해 수확률 증가, 생산비 감소, 영농 단순화를 생명공학 작물을 통해 경험하고 있다. 일부 작물의 경우에는 화학적인 작물 보호 제품을 덜 사용하게 되었다. 생명공학기술은 또한 더욱 단순하고 시간과 자원을 덜 쓰는 농업 시스템을 가능하게 했으며, 이를 통해 재배자들은 자신과 가족들의 시간을 농산물의 생산 이외에 사용할 수 있게 됐다. 높은 수확률은 종종 해충방제의 개선에서도 비롯된다. 이는 Bt 작물에 관한 연구 문헌을 통해 증명된다. 내충성 Bt 면화로 인해 중국은 24%, 남아프리카는 30%, 인도는 45%씩 각각 수확량이 늘어났다. 독일은 Bt 옥수수에 대한 현장 연구 결과 수확량이 12% 증가했다고 보고했다. 스페인은 2.5% 증가한 것으로 나타났다. 개도국의 소규모 농업인들은 일반적으로 생명공학작물을 통해 가장 큰 혜택을 보게 되는 경향이 강하다. 왜냐하면 병충해에 내성이 있는 작물은 기존에 이용할 수 없었던 새로운 작물보호수단을 농업인들에게 제공하기 때문이다. 또한 해충문제는 종종 개도국에서 식물에 대해 큰 위협이 되기 때문에 해충방제가 되지 않을 경우 이는 수확량 감소로 이어질 수 있다.
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생명공학기술은 응용 범위가 계속 넓어지고 있다. 수많은 획기적인 솔루션이 특히 개도국을 위해 개발되고 있다.병해충 내성이 강한 작물재배 기술은 열대지방과 같은 개도국에서는 생계유지 수단으로 광범위하게 쓰이고 있다. 병해충 내성 작물은 기존에 이용할 수 없었던 솔루션을 제공해주기 때문에 이러한 작물은 이들 지역에 상당한 발전을 가지고 왔다. 이에 따라 이들 혁신적인 기술은 종종 수확량 개선 및 식량 안보의 향상에 직접적으로 기여하고 있다.병해충은 선진국의 온대성 지역이 입는 피해보다 열대지역의 경우가 더 크다. 전형적인 병충해에 대해 개도국에서는 통제수단이 제한적일 수 밖에 없다. 애플리케이션 장비나 수자원이 부족했으며 적절한 제품이 없었기 때문이다. 따라서 해충과 바이러스 내성 특성을 이들 열대 작물에 도입하는 것은 효율적인 농업생산에 중요한 기여를 할 가능성이 높다. 따라서 농업 생산을 위한 새로운 경작지 확보 부담을 덜 수 있다. 그러나 실제로는 이러한 잠재적인 환경적, 사회적 혜택은 당국의 승인을 요청할 때 난관에 부딪혀 종종 실현되지 못했었다. 차세대 작물의 특성은 20년 이상 식품의 분자구성을 연구한 결과를 반영하는 것이다. 실제 기술적으로 양산이 가능하거나 장기간 연구를 거친 응용작물로는 지방산 구성이 크게 개선된 오일작물 (기름과 지방성분의 차이에 대한 니즈 및 건강에 주는 효과에 대한 수준 높은 지식을 반영)과 치명적인 영양결핍 원인인 비티민 A 부족을 해소하기 위해 개발된 신품종 쌀 골든 라이스와 같은 미세 영양분을 개선한 제품이 있다.(1,2,3)연구 중에 있는 또 다른 중요한 응용작물로 비생물적 환경에 내성을 갖는 식물이 있다. 가뭄, 염분, 산성토양, 기타 스트레스 요소에 높은 내성을 갖도록 식물 유전자를 개량하는 것이 응용 생명공학기술의 중대한 목표 중의 하나다. 최근까지만 해도 이들 스트레스 요소에 자연적으로 저항하는 메커니즘을 분자수준에서는 이해가 어려워 내성 작물 생산에 대한 전략을 제 때에 수립하지 못했다. 그러나 과거 수 년에 걸쳐 변화가 생겼으며, 이에 따라 스트레스 내성(특히 가뭄)을 갖춘 실험적 작물이 공개되는 사례가 급증하고 있다. 이들 작물들은 예상치 못한 강우로 농사가 중단되는 열대 지역을 중심으로 식량생산의 신뢰성에 상당한 이득을 주고 있다. 이들 혁신기술은 빈약한 관개용수 자원에 대한 부담도 덜어줄 것으로 보인다. 관개용수 자원은 이미 유엔에서 최우선 정책사항으로 다뤄지고 있다.생명공학기술이 성숙해짐에 따라 더욱 많은 혁신적인 응용작물들이 가능할 것이다. 가축용 생명공학 백신을 생산하는 전략은 계획대로 진행되고 있다. 사실 광견병을 통제하기 위해 만든 생명공학 백신은 90년대 초기 유전자변형생물을 상업적 규모로 사용한 최초의 사례였다. References: 1. Paine JA, Shipton CA, Chaggar S, Howells RM, Kennedy MJ, Vernon G, Wright SY, Hinchliffe E, Adams JL, Silverstone AL, Drake R (2005). A new version of Golden Rice with increased pro-vitamin A content. Nature Biotechnology 23:482-487. 2. Schaub P, Al-Babili S, Drake R, Beyer P (2005). Why is Golden Rice golden (yellow) instead of red. Plant Physiology 10.1104/pp.104.057927. 3. Anderson K, Jackson LA, Nielson CP (2004). Genetically Modified Rice Adoption: Implications for Welfare and Poverty Alleviation, World Bank Policy Research Working Paper 3380. 4. Otsuka Y. (2003). Socioeconomic considerations relevant to the sustainable development, use and control of genetically modified foods. Trends in Food Science and Technology. 14: 294-318. 5. Pinstrup-Andersen P, Cohen M. (2000). Agricultural biotechnology: risks and opportunities fo developing country food security. Int. J. Biotechnology. 2(1/2/3): 145-163. 6. Pray CE, Huang J, Hu R, Rozelle S. (2002). Five years of Bt cotton in China ? the benefits continue. The Plant Journal. 31(4): 423-430. 7. Qaim M, Zilberman D. (2003). Yield effects of genetically modified crops in developing countries. Science. 299: 900-902. 8. Toenniessen GH, O?Toole JC, DeVries J. (2003). Advances in plant biotechnology and its adoption in developing countries. Current Opinion in Plant Biology. 6: 191-198. 9. Wendt J, Izquirerdo J. (2003). Management of appropriate agricultural biotechnology for small producers: case study ? Ecuador. Electronic Journal of Biotechnology. 6(1). ISSN: 0717-3458. April 15, 2003. 10. Zimmermann R, Qaim M. 2002. Projecting the benefits of Golden Rice in the Philippines. ZEF Discussion Paper 51. Bonn, Germany. 11. Zipf AE, Rajasekaran K. (2003). Ecological impacts of Bt cotton. Journal of New Seeds. 5(2/3): 115-135.
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