6 특정 LMO 연구및관련산업동향 유전자를생물체에도입하는유전자변형기술은여러분야에적용되어다양한연구개발이진행되고있으며산업화에응용될수있는가시적인성과들이발표되기시작하고있다. 본장에서는국내외연구개발동향을작물, 화훼, 나무, 동물, 곤충, 어류등으로나누어살펴보고자한다. 현재세계적

제 유전자변형생물체의연구개발및관련산업동향 LMO 연구및관련산업동향 2013 Biosafety white paper www.biosafety.or.kr 233

6 특정 LMO 연구및관련산업동향 유전자를생물체에도입하는유전자변형기술은여러분야에적용되어다양한연구개발이진행되고있으며산업화에응용될수있는가시적인성과들이발표되기시작하고있다. 본장에서는국내외연구개발동향을작물, 화훼, 나무, 동물, 곤충, 어류등으로나누어살펴보고자한다. 현재세계적으로재배되고있는대표적 GM작물인해충저항성과제초제저항성 GM작물들은기존육종기술로는개발이어려운작물이며농가들은이들의재배를통해농약사용및노동력저감을통한생산비절감과해충에의한수확량감소방지등을통한농가소득증대를창출하고있다. 또한, 푸른장미, 황금쌀등기존육종으로는불가능하던기능성 GM작물들의개발도속속현실화되고있는등선진국형첨단실용화농업기술로정착되고있는것이엄연한현실이다. 즉, GM작물은기존육종기술로해결이어려운농업현장의문제를극복해줄수있는최첨단농업기술로서국가경쟁력차원에서필히확보할국가핵심기술인것이다. 더욱중요한점은 제 1 절작물 유전자변형작물 ( 이하 GM 작물 ) 은 1996 년첫상품화가이루어진이후안전성논란에도불구하고지속적으 로재배면적이증가하고있다. 이는기술수요자인농민들이새로운기술의혜택을확인하고그경험이확산되 고있다는좋은증거이다. 또한 GM 작물에대해서엄격하게적용하고있는안전성평가의결과를소비자들이믿 음으로써그생산물의소비가점진적으로확산되고있다는것을반영해주고있다. 반면, 국내의경우농업생명 공학연구활성화로 GM 작물개발건수는급속히증가하였지만아직까지상업화에필요한안전성심사가통과 된국내개발 GM 작물은 1 건도없다. 즉, 상용화대비준비가미흡한실정인것이다. 중요한사실은 GM 작물은 농업에서최상위육종기술이지만개발연구비의규모, 국민적정서등으로인해국내종자회사들이개발을기피 하고있는기술이라는점이다. 신품종상업화평균소요기간 13 년 품종개발비 2,000 건이상포장시험 GM 종자상업화평균소요기간콩 16~17 년, 목화 12~17 년, 옥수수 12 년 5.5 년 GM 작물승인획득소요기간 GM작물은개발의어려움과철저한안전성평가및심사절차를거치므로지금부터개발을시작해도최종제품완성은최소 10년이후에나가능하다는점을인식해야한다. 즉, 지금부터안전성심사기준을맞추어체계적인개발을시작하지않으면 10~15년후에그필요성을인정하고소비자들이원해도그때부터 15년이상을기다려야한다는것이다. 이러한점을감안한다면민간기업의투자가어려운우리의경우 10~20년후를대비하여국가차원에서농업의최상위기술인 GM작물개발을적극추진해야할것이다. 이에국내외 GM작물개발연구개발및산업화동향과함께향후전망에대해서살펴보고자한다. 1. GM작물연구개발동향가. 국내연구개발동향 아직까지국내에서 GM작물이상업화를위해승인된예는없지만생명공학기술에대한기대와 10여년간의지속적투자로인해 GM작물의개발은급속한증가추세이다. 가장연구개발이활발히진행중인농진청에서는 2012년현재 17작물 133종의 GM작물을개발중으로 7작물 27종은고정계통육성단계, 12작물 62종은기능검정단계인것으로알려져있다. 나머지 9작물 38종은유전자기능검정을위해제작된형질전환작물인것으로알려져있다 ( 표 3-6-01). 제 1 절작물 고정계통육성단계 기능검정단계 유전자기능검정을위해제작된형질전환작물 4,000 명이상전문가참여 비용 : 1,630 억원유전자 -GM 작물상업화 (1 품종 ) 한품종개발을위해평균 6,000 유전자발굴연구 7 작물 27 종 12 작물 62 종 9 작물 38 벼 14 종, 담배 1 종, 콩 3 종, 캐놀라 3 종, 선인장 1 종, 국화 3 종, 페튜니아 2 종 벼 26 종, 감자 5 종, 담배 4 종, 배추 1 종, 캐놀라 6 종, 알팔파 2 종, 콩 2 종, 국화 2 종, 마늘 2 종, 박 1 종, 사과 7 종, 톨페스큐 4 종 표 3-6-01 국내개발중인 GM 작물 (2012 년기준 ) 벼 18 종, 감자 1 종, 담배 1 종, 배추 5 종, 캐놀라 9 종, 알팔파 1 종, 장미 1 종, 톨페스큐 1 종, 벤트그라스 1 종 그림 3-6-01 GM 종자 1 종상업화에필요한투자규모 (Celeries, 2012 년 ) 234 www.biosafety.or.kr 235

작물별로는벼 (62종), 고추 (1종), 감자 (6종), 담배 (6종), 배추 (7종), 캐놀라 (18종), 알팔파 (3종), 콩 (5종), 선인장 (1종), 국화 (5종), 마늘 (2종), 박 (1종), 사과 (7종), 페튜니아 (2종), 장미 (1종), 톨페스큐 (5종), 벤트그라스 (1종) 이연구개발중에있다. 주요목적형질은병해충저항성, 불량환경저항성등이주를이루고있으며, 이외에영양성분강화및품질개선등기능성작물개발에도많은노력을기울이고있다. 국내전체적으로는차세대바이오그린21사업의 GM작물실용화사업단 의발족으로많은대학, 한국생명공학연구원및농우바이오등연구소와민간기업에서적극적인 GM작물개발에노력하고있다. 대학의경우벼, 콩, 배추, 화훼류, 사료작물, 잔디, 감자등다양한작물들을개발중에있으며, 농우바이오의경우병해충저항성고추, 한국생명공학연구원의경우는기후변화대응불량환경적응감자, 고구마등의개발에집중하고있다. 농촌진흥청은자체개발이외에향후상용화대비및글로벌종자시장진출을위해 2011년부터 GM작물실용화사업단을설치하여국내외대학, 연구소와함께 GM작물상용화연구를추진중에있다. GM작물실용화사업단의경우 2012년현재국내농업에유용하게적용될유용 GM작물 39종을개발중에있다. 이들은실용화를대비하여특허권최소화, 항생제마커배제, 운반체내불필요한 DNA 제거등안전성심사기준에맞게새롭게제작되고있으며단계별정밀검정을통해안전성평가에투입가능한적격이벤트로육성중에있다. 대상작물목표형질합계벼콩배추고추화훼류등병저항성, 내충성 7 3 3 4 2 19 생산성증대및기능성 6 2 1 1 10 환경스트레스내성 ( 가뭄, 한발 ) 1 3 4 외형조절 ( 화기, 개화, 생장등 ) 1 5 6 계 14 5 5 4 11 39종표 3-6-02 GM작물실용화사업단의국내용 GM작물육성현황이와함께 GM작물상용화기술기반구축및성공사례도출을위해현재까지개발된유용 GM작물중에서안전성심사기준을충족시키는최종후보인 3작물 6종을선발하여안전성평가를추진중에있다. 이들안전성평가중인 GM작물은벼 3종 ( 가뭄저항성, 제초제저항성, 건강기능성 ), 고추 1종 ( 바이러스저항성 ), 및웅성불임제초제저항성잔디 1종이다. 이밖에, 글로벌시장진출용 GM작물도병행개발중에있으나, 아직까지는유전자기능검정용이대부분이다. 이들글로벌시장진출용형질전환작물의주요목표형질은가뭄저항성이며, 다수확, 비료효율증대, 병해충저항성등도주요연구대상이다. 이밖에일부민간연구소에서도내건성캐놀라및다수확콩등글로벌시장진출을위한 GM작물개발에노력중인것으로알려져있다 ( 출처 : GM작물실용화사업단보고서등 ). 나. 국외연구개발동향국외의경우각국가별로 GM작물개발을적극추진하고있다. 특히중국, 브라질, 인도등후발주자들의적극적인 GM작물개발열기가주목되고있는데이들국가들은독자적인 GM작물개발기술구축과함께고유의 GM종자개발을위한노력을기울이고있다. 중국은이미해충저항성벼와영양성분강화옥수수를개발하여상업화를위한막바지준비를하고있다. 브라질은가장주목받는국가로서기업, 정부, 대학연구소등이협력하여자체기술을확보하고있다. 브라질은국가차원에서는근래 GM작물개발속도가가장빠른국가로부상하고있다. 이와같은기술발전은국가의정책의지와국민들의높은수용도에기인하고있다. GM작물재배면적에서도전세계의 GM작물재배면적인 1억 7,000만 ha의 21% 까지그규모가증가하였으며, 미국과의격차를지속적으로좁혀그지위를공고히하고있다. 신속한승인시스템 (track system) 은브라질이적시에 GM작물이벤트의승인을가능하게하고있다. 브라질은이미 2013년상업화를위한첫번째후대교배종인해충저항성제초제저항성콩을승인하였다. 특히브라질농업연구청 (EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) 에서자체기술로개발한유전자변형바이러스저항성콩 ( 쌀과콩은남미의주식량임 ) 이상업화를위한안전성재배승인을받아, 브라질은개발보급승인면에서 GM작물과관련된새로운기술국가로의능력을입증하고있다 ( 출처 : 2012 ISAAA 보고서 ). (1) 상업화용 GM작물연구개발동향상업화용글로벌 GM종자개발은아직까지선진국들이주도하고있다. 이들은주로글로벌종자기업을중심으로기술개발과상업화를주도하고있다. 세계 10대글로벌종자회사는 2009년기준으로전체종자시장의 74% 를점유하고있다. 주목할사실은이들 10개다국적기업이대부분 GM종자를개발하고있다는것이다. 특히, 듀폰社, 신젠타社, 바이엘社등농화학회사의종자산업진출을눈여겨봐야할것이다. 이들은세계적인화학기업들로서이미바이오소재산업으로적극전환을하고있다는것이다. 이사실은이들이이미 GM종자산업이향후바이오산업과녹색산업을주도할것으로분석이끝났다는것을의미한다. 또한안전성문제도과학적인분석을통해문제가없으며 GM종자가결국에는기존육종종자와별차이가없이취급될것이라고보는것이다. 최근, 이들은기업간상호협력연구를통한 GM종자개발전략을추진하고있으며, 각국의기초연구팀들과의공동연구를통해유용유전자의조기확보와이들의기능검정연구를적극추진하고있다. 유럽의경우과도한규제로대부분의유럽국가에본부를둔글로벌기업들이미국내에연구소를설립하고 GM종자개발을추진하고있다. 특히, 미국노스캐롤라이나의소도시트라이앵글은다국적종자기업의연구소들이집중되어이제 GM종자연구개발의메카로널리알려져있다. 미국에서 2012년도에환경방출실험이승인된건수는 695건으로알려져있다. 형질별로는불량환경저항성, 질소비료효율성제고, 생산성등농업형질개선에대한연구가 28.7% 로가장많은것으로나타났고, 영양성분강화등품질개선에대한연구도 13.4% 로지속증가되고있는것으로나타났다. 이밖에도다양한종류의제초제저항성유전자를도입한 GM작물개발도지속적으로추진되고있다. 반면 2개이상의형질을동시에발현시키기위한후대교잡종개발연구도많이추진되고있다. 제 1 절작물 236 www.biosafety.or.kr 237

순위회사명본사 2009 년판매량 ( 백만 USD) 전체시장점유율 1 몬산토 (Monsanto) 미국 7,297 27% 2 듀폰 (DuPont) 미국 4,641 17% 3 신젠타 (Syngenta) 스위스 2,564 9% 4 리마그레인그룹 (Groupe Limagrain) 프랑스 1,252 5% 5 랜드오레이크 (Land O Lakes)/ 윈필드솔루션 (Winfield Solutions) 미국 1,100 4% 6 KWS AG 독일 997 4% 7 바이엘크롭사이언스 (Bayer CropScience) 독일 700 3% 8 다우아그로사이언스 (Dow AgroSciences) 미국 635 2% 9 사카타 (Sakata) 일본 491 2% 10 DLF- 트리폴리움 (DLF-Trifolium A/S) 덴마크 385 1% 계 20,062 74% 표 3-6-03 세계 10 대종자기업 ( 자료 : ETC group) 뭄저항성이포장단위나실지가뭄지역에서도움이될정도의수준은아닌것으로보면될것이다. 현재상업화에가장근접한작물은미국에소재한다국적종자기업인몬산토社가독일의바스프 (BASF) 社와공동개발한건조저항성 GM옥수수가있다몬산토社가개발한가뭄저항성 GM옥수수는토양미생물 (Bacillis subtilis) 에서유래한 cold shock protein B ( 이하 cspb ) 유전자를도입해서만들어졌다. 이유전자는 RNA를보호하는 RNA chaperone 단백질을만들어내는유전자이다. 보통은가뭄스트레스에서 RNA가파괴되어작물이정상적인생리대사작용및생육발달이저하되는데이단백질이건조스트레스하에서 RNA를감싸서파괴되지않게수명을연장시킴으로써작물에가뭄저항성을부여하는것으로추정되고있다. 몬산토에서는이 cspb 유전자가도입된 GM옥수수여러계통을미국에있는 200곳이상지역에서가뭄저항성재배시험을실시하였다. 그결과이 GM옥수수가평상시에는일반옥수수와유사한생육상태를보이지만가뭄조건하에서는일반옥수수가 50% 가량의생육저하피해를입는데반해, GM옥수수는엽록소및광합성효율증대등의효과로약 24% 정도의생육저하만을나타냄으로써건조저항성을보여주었다고밝혔다 ( 그림 3-6-04). 이가뭄저항성 GM옥수수계통 (DroughtGard) 은 2011년에미국농무성 (USDA) 의안전성심사를통과하여현재품종출시를준비중으로서, 2013년에는미국의가뭄지역에재배될것으로전망되고있다. 몬산토에서는이 GM옥수수가극심한가뭄조건에서평균 6~10% 의수량보존기능이있다고밝히고있지만일부실험계통의경우 30% 이상의수량보존을보여주는것으로나타나물공급이부족한시기에도농업인들이수확량을안정적으로유지할수있는기술적방안이마련될수있는가능성을높이고있다. 몬산토社에서는옥수수이외에도가뭄저항성 GM면화와 GM콩에대한연구개발을추진하고있으며듀폰社와신젠타社도건조저항성 GM옥수수개발을이미시작중에있는것으로알려져있다. 한편가뭄으로고통을받고있는각나라에서도가뭄저항성 GM작물개발연구가적극적으로추진되고있다. 호주정부는가뭄저항성 GM밀을개발중에있으며이미 2009부터 2010년까지포장검정을실시하고있다. 이와함께호주몬산토社에서개발중인수분효율강화 GM면화도현재호주현지에서포장검정을실시중에있다. 이러한가뭄저항성작물의개발은향후호주의기후변화대응에큰도움이될것으로전망되고있다 ( 출처 : 2012 Biosafety, 박수철 ). 제 1 절작물 그림 3-6-02 미국내연도별형질전환작물환경방출실험승인건수 (ISB, 2013) 그림 3-6-03 미국내환경방출시험중인형질전환작물의목표형질분포도 (ISB, 2013) (2) 가뭄저항성 GM작물연구개발동향가뭄저항성상업용 GM작물개발은현재가장많이연구되고있는분야이다. 세계적으로많은과학자들이가뭄저항성 GM작물개발에대한연구를진행하여왔으며나름의미있는효과를보인다는연구결과가많이보고되어지고있다. 반면, 실지로가뭄저항성 GM작물이상업화된것은한건도없다. 즉, 실험실수준에서의가 그림 3-6-04 2007년네브라스카에서실시된몬산토가뭄저항성 GM옥수수의포장시험결과 ( 좌측 : 일반옥수수, 우측 : GM옥수수, NT, Source : NY Times) 238 www.biosafety.or.kr 239

(3) 바이오에너지용 GM작물연구개발동향가뭄저항성 GM작물개발과함께바이오에너지용 GM작물도현재중요한연구목표가되고있고, 향후 3~5 년내에상용화될것으로기대된다. 세레스 (Ceres) 社는 2008년 12월 11일 Blade Energy Crops 이라는명명하에스위치그래스 (switchgrass) 와고생물량수수종자개발에나섰다고발표했다. 그들에따르면최초의비식품, 저탄소작물의출시라고한다. 세레스社는또한 Nobel Foundation( 스위치그래스유전자원사용권확보및에너지작물개발, 상업화 ), Texas Agrilife Research( 고생물량수수 ) 등의다른연구기관과협력을맺었다. 세레스社의연구중인과제로는고생물량, 저투입, 식물조성, 가공효율및스트레스내성형질등이있다. Mendel s BioEnergy Seeds(MBS) 부는고생산성, 비식품에너지잔디신품종개발을목표로하고있으며이중에는억새도포함되어있다. 몬산토社에게일부소유권이있는 Mendel Biotechnology는 2007년 1,000종이상의억새유전자원을소유하고있는독일국적의 Tinplant Biotechnik 社를인수하였다. 또한억새육종을위해중국 ( 억새유전자중심 ) 및미국 (University of Berkeley에연구소설립 ) 과의협력체계도강화하였다. 멘델 (Mendel) 社는몬산토社, 바이엘크롭사이언스社, 브리티시페트롤륨 (British Petroleum) 社, ArborGen 社, SweTree 社, Selecta Klemm 社와전략적제휴관계에있으며, 물, 영양부족및병원체로부터의위협이되는환경조건에서안정성을향상시켜작물의내재적생산량을증대시키는데연구목적을두고있다. 가뭄내성, 개화조절, 양분이용, 고온및저온내성, 내병성등이그들의연구대상형질이다. Targeted Growth (TGI) 社는농업및에너지산업의생산량, 품질의향상을위한작물개발을목적으로하는작물생명공학회사이다. 바이오디젤혹은에탄올의장기적인성공을위해서수량성증대, 가뭄내성, 시비개선등을형질로하는작물의개발혹은바이오연료로전환과정에서의효율성개선등을연구하고있다. 분자유전학적육종및바이오연료의시장에최적화된작물 ( 예로 camelina) 을개발하고있다. 몬산토社, 파이오니아 (Pioneer) 社, Plant Biotechnology Institute 社, CBD Technologies 社, Green Earth Fuels 社, Sustainable Oils 社등과전략적제휴및라이선스계약중에있다. 캐나다의 Performance Plants, Inc. (PPI) 의특징적인기술로는가뭄및고온기후에강한식량작물을생산하여셀룰로오스에탄올산업에원료를제공하는것이다. 신젠타 (Syngenta) 社, Stine and Scotts 社와전략적제휴관계이며, Yield Protection Technology (YPT ) 를개발하여캐놀라, 옥수수, 페튜니아같은작물의생산성을크게늘리는개발을진행중이다. 이기술은가뭄및충분한수분공급조건모두에서생산량을유지하도록한다. 캔자스주, 맨해튼에본부를둔 Edenspace Systems Corporation 社는 Energy Corn 과다른강화된에너지작물들을개발중이다. 회사의전략은옥수수를이용해서에탄올을만드는과정을갤론당 1.20달러수준으로낮추는데에있다. 또한수수, 스위치그래스, 사탕수수등을개발하여오직옥수수뿐인바이오에탄올시장에서지분을넓히는데에있다. 시카고를연고로하는 Chromatin 社는업계의선두주자신젠타社혹은몬산토社와협력하여바이오에너지공급원료시장에뛰어드는중이다. Chromatin 社는최근의새로운투자를통해스위치그래스, 억새, 수수및사탕수수등의바이오연료관련작물들의개발및이들의당함량을높이고 cellulosic 섬유가분해가능토록하는제품을개발하고있다. 북미지역의 cellulosic 바이오연료시장을위해측정가능하고경쟁력있는해결방안을개발하기 위해서그기술을사용한다. 그들의전략적제휴관계는이러한바이오에너지제품을출시하거나판로를확보하는데사용될것이다. 그들의기술은인공적인 minichromosome을사용하여다양한수의유전자와그들의동시적인도입이가능하게한다. 삽입된유전자는작물의 genome과합쳐지지는않으나추가적인염색체같이행동한다. 바이오연료로서의에너지작물을생각함에있어서여러고려사항이있다. 첫째로수요이다. 확실히바이오연료의필요성은긴급해졌으며, 지원이활발한상황이다. 이는한국가의에너지독립의문제로부터환경보전의문제이며국가안보와도연관이되는중요한문제가되었다. 그러므로관심이대상이되는것은물론향후재정지원에지속될것으로예상이된다. 미국에서는브라질로부터수입하는사탕수수의관세를높임으로써국내바이오연료자원의개발을촉진하고있다. 두번째로바이오연료의원료이다. 현재미국은옥수수를, 브라질은사탕수수를원료로하고있다. 하지만, 가장효율적인모델은사탕수수를원료로하는모델이다. 향후발전이기대되는원료로는스위치그래스, 억새, energy cane이있다. 보통이들원료의 cellulose를에탄올로분해하는과정이바이오연료를사용하는방법이며, 현재는점차옥수수에서사탕수수로주요작물이옮겨가고있다. 향후에는스위치그래스나억새같은바이오연료전용작물로옮겨갈전망이다. 그러나이러한전망은생명공학기술을어떻게활용하느냐, 혹은각생명공학회사들의시장점유율이어떻게되느냐에따라서충분히달라질수있는소지가있다. 확실히 Ceres와 Mendel사가장기적인사업목표를가지고바이오연료사업에초점을맞추고있다. 이두회사의전략적제휴관계에있는몬산토社는옥수수와여타작물에대한양측회사의기술을사용할수있다. 만약이를잘활용한다면, 향후바이오연료공급원료생산에확고한위치를선점할수있을것이다. 신젠타社와듀폰 / 파이오니아社도역시생명공학기술회사 (Evogen, Performance Plants사 ) 와전략적관계를가지고있으며, 그들의유전자원을십분활용한다면옥수수를바이오연료공급원료로유용하게사용할수있을것이다. 이러한바이오연료원료공급시장의경쟁양상은유전자원의이용용이성, 새로운환경스트레스와관련된 ( 예로, 가뭄내성및내동성, 질소이용능력향상 (NUE, Nitrogen Use Efficiency) 생명공학의발전속도에따라결정될것이다. 한편, 현재까지의글로벌 GM종자개발의대상작물은옥수수와콩, 면화등이대부분이었지만점진적으로벼에대한연구개발이증가되고있는점이주목되고있다. 즉, 미식용인면화와사료 / 가공용인옥수수와콩, 캐놀라를이어식용으로서는벼가우선대상이되고있다고본다. 이를반증하듯이글로벌종자회사들의 GM벼개발연구도점진적으로강화되고있다. 신젠타社는중국에공동연구소를설립하여옥수수, 콩과함께 GM벼개발에투자를하고있고, 바이엘크롭사이언스社도싱가포르에자체연구소를설치하고 GM벼개발과함께상업화에필요한하이브리드벼기술개발을적극추진하는중이다. 제 1 절작물 240 www.biosafety.or.kr 241

Spodoptera에효과적이다. 선충저항성 GM작물과아시아콩녹병에대한저항성을가진 GM작물개발도상당히진전되어현재저항성유전자들이많이개발되었고이들이도입된 GM콩이개발중에있다, 벼의경우제초제저항성또는해충저항성이벤트가곧상업화되어질것으로보고있다. 현재 GM벼에대한연구는글로벌종자회사에서도관심을가지고많은연구를추진하고있으며, 아시아국가에서적극적으로추진되고있다. 중국의경우해충저항성 GM벼가 2009년도에안전성승인을받아서현재품종등록을추진중에있으며, 국제미작연구소 (IRRI) 에서는황금벼품종개발을완료하고안전성심사를통과한필리핀에서상업화할예정이다. 특히, 벼의경우아프리카의기아해방을위한노력에중요한역할을담당할것으로보인다. 2008년 12 월 10 일 Arcadia Bioscience 와비영리단체인 African Agricultural Technology Foundation(AATF) 는아프리카 소작농을위한질소이용능력향상기술 (NUE) 과내염성벼개발연구협력을합의하였다. 이를통해 Arcadia 캐놀라그림 3-6-05 미국내연도별형질전환작물별환경방출실험승인건수 (ISB, 2013년 ) (4) 작물별연구개발동향작물별로살펴보면, 옥수수의경우질소이용능력향상기술 (NUE, Nitrogen utilization efficiency, 이하 NUE ) 은기후변화대응을위한필수해결사항이며, 향후생산성증대를위해꼭필요한기술이다. 현재글로벌종자기업에서는질소이용능력을향상시키는 GM옥수수개발에많은노력을기울이고있다. 듀폰 / 파이오니아社는 30% 이하의질소비료사용절감을목표로질소이용능력향상기술 (NUE) 을개발중에있으며, 다양한유전자들을대상으로 NUE 옥수수개발연구가진행중에있다고한다. 현재는유전자확보에치중하고있지만조만간질소가제한적인환경에서수확량감소없이재배가가능한형질전환작물개발이이루어질것으로예측된다. 옥수수의바이오메스활용도증진을위한수량 / 생산량증진기술도현재많은연구가이루어지고있다. Rubisco 단백질의효율증대를통해광합성량을증대, Cytokinin 대사조절유전자의조절을통해생산성관련인자 ( 종자수, 생산량안정성등 ) 를조절하는연구가보고되고있다. 또한 Auxin-regulated gene을이용하여작물의생산성및성장, 기관크기등을조절하는연구도진행중이다. 콩의경우, omega-3 함량을증가시키는연구가많이진행중이며튀김이나식품가공에사용될때기름의안정성증가에매우중요한올레산고함량 (high-oleic) GM콩개발도집중적으로이루어지고있다. 또한다양한종류의제초제에대해내성을가진새로운형질을개발중에있다. 또한남미지역을타깃으로보다넓은범위의해충방제를위한추가의작용기작을제공하기위해디자인되었다. 1세대 Insect Protected Roundup Ready 2 Yield 콩보다더넓은범위의표적곤충스펙트럼을가진이제품은브라질의콩시장에널리퍼져있는해충인 Bioscience는 AATF에게생명공학작물개발에관한기술사용권리를무상으로이전하였고, 해당프로그램을통해개발된벼는아프리카의소작농들이기술료 (royalty) 를지불하지않고사용할수있을것이다. 아프리카생명공학기술의발전에기여할것으로보인다. 밀의경우많은밀재배자들이 GM밀의상업화를원하고있어, 향후벼와함께식량작물의상업화가추진될것으로예측되고있다. 현재제초제저항성 Roundup Ready GM밀의경우안전성승인이끝난후상품화단계에서보류된바있다. 밀재배자들은미국밀경작지의하향세는옥수수와콩에서의생명공학의발전때문이고이와경쟁하기위한방법은생명공학을채택하는방법뿐이라고주장하고있다. 이러한태도의변화는재배자들에게배급될첫번째 GM밀이될준비가다된 Roundup Ready GM밀이 2004년 5월몬산토社에의해보류되면서일어났다. 이기술은농부들이잡초를제거하기위해글라포세이트 (glyphosate) 를사용할수있게하였지만곡물회사나소비자에게는어떤이점도없었다. 신젠타社의붉은곰팡이병 (Fusarium head blight or scab) 에저항성을가지는생명공학형질은그다음으로승인받을작물이었다. 푸사리움위조병 (Fusarium head blight) 과관련있는 vomitoxin이소비자와식품회사에중요한사안이었기때문에훨씬좋은선전용형질이었을것이다. 밀에서상업화되기를기다리고있는몇몇생명공학형질이있다. 산업계는생명공학형질을가진밀이상업화될것이지만적어도 2010년대말까지는아닐것으로생각하고있다. 곰팡이저항성, 제초제저항성, 가뭄내성과같은농업형질이상업화주력후보군이될것으로생각된다. 가뭄내성 GM밀의상업화가능성은매우높다. 2008 년호주빅토리아에서의가뭄내성유전자변형밀실험은 Non-GM밀보다 20% 이상수확량이좋은결과를보였다. 2007년에밀두라 (Mildura) 와호샴 (Horsham) 에서자란 24가지 GM밀라인중 7개가대조군에비해건조스트레스하에서더높은수확량을보였으며 2014~2019년상업화가능성을예견하고있다. Arcadia Biosciences Inc. 와호주식물기능유전체센터 (ACPFG, Australian Centre for Plant Functional Genomics), 호주연방과학산업연구기구 (CSIRO, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) 는질소비료를상당히적게요구하는밀품종의개발과상업화에대해 3자간협의를맺고이에대한연구를진행하고있다. 적어도미국에서는밀재배자들과관련협회들이옥수수와콩생산뿐만아니라밀에서도전세계적으로도경쟁력을갖기위해 제 1 절작물 242 www.biosafety.or.kr 243

생명공학밀의사용을요구할것이다. 생명공학작물을생산하기위해해마다추가로 4000~5000만에이커가생길뿐만아니라밀종자사업도전통적인저장종자사업에서 GM대두사업과유사한방향으로급격히변할것이다. GM밀의사용증가는관련산업에영향을미칠것이다. 처음에는생명공학형질은전통작물보호제 ( 제초제, 살진균제, 살충제 ) 의수요를바꿀것이고물과비료사용에도영향을미칠것이다. 또한이로인해육종전략이바뀔지도모른다. 생명공학형질은밀경작지를확장시킬것이다. 즉, GM밀은생산을간단하게해주고불모지로여겨졌던지역에서도생산을가능하게해준다. 옥수수에서의생명공학기술진척은밀의발달로이어질것이다. 외떡잎식물에서의생명공학기술진보는주로옥수수에서먼저이뤄지고이것을기반으로밀이나보리와같은다른외떡잎식물에적용이된다. 몇몇작은회사들과공공단체들이활발하게밀을위한생명공학형질을개발하고있기때문에옥수수나콩보다밀에도입할형질들이더다양할수있다. 감자는관심외작물이지만, EU의바스프社의 Amflora 감자규제에대한활동은주목할필요가있다. 2008 년후반, European Food Safety Authority (EFSA) 는 Amflora 감자의마커로사용되는 nptii 유전자에대한승인이종래알려졌던 2008년 12월 15일까지완료하지않겠다고발표하였다. 2008년 5월 GM식품에대한방향성논란이제기된후에최초의승인예정일은 2008년 9월 30일이었다. 유럽위원회는 EFSA에게 2009년 5월 31일로두번째기한연장을승인하였으며이에따라 2009년까지 Amflora의재배는불가능해졌다. Amflora는아밀로펙틴 (amylopectin) 녹말함유가강화된 GM감자로서전체녹말구성성분의약 98% 를차지한다. 이는 23% 적은양의감자로 1톤의녹말을생산할수있다는것을의미하는동시에, 농민들의농지부담을줄일수있다는것을의미한다. 반면일반감자는 75% 수분과 5% 세포벽성문, 20% 녹말로구성되어있는데, 이중녹말은아밀로펙틴 (amylopectin) : 아밀라아제 (amylase) = 75 : 25의비율로구성된다. 9,737 파운드의일반감자로 1톤의녹말을생산할수있다 (International Starch Institute, 1996). 현재남아프리카의농업연구위원회 (ARC, Agriculture Research Council, 이하 ARC ) 는미국국제개발처 (USAID) 와의협력하에감자나방저항성 Cry1la1 Bt 유전자를함유한 GM감자의포장시험중에있다. 감자나방저항성 SpuntaG2 감자를출시하기위해서안전평가를규제당국에신청할예정이며이는남아프리카에서첫번째 GM작물심사요청이다. 또한 ARC는 SpuntaG2를그들의육종프로그램에포함할예정이며, 여타품종은 3-4년내에개발이진행될것이다. 수수의경우 2008년 10월남아공정부에서온실내 GM수수의재배를승인하였다. 듀폰社의자회사 Pioneer Hi-Bred 북미연구팀이옥수수에대한기술을기반으로라이신 (lysine) 함량및수수의영양성분을강화한일명 Super Sorghum 이그대상이다. 이프로젝트는 Bill and Melinda Gates Foundation으로부터약 1,700만달러재정지원을받았으며, 케냐출신농생명공학자인 Florence Wambugu가지휘를맡고있다. Pioneer Hi-Bred는미국옥수수연구로부터지적재산권을이양받기로하였으며, 식품구성성분및소화성연구에는각각 University of Pretoria와 University of Missouri가참여하기로하였다. 원예, 채소작물의경우가지가주목되고있다. 가지는전세계적으로약 69만 ha(2010년현재 ) 가재배되고있으며, 이중 51만 ha가인도에서재배될정도로인도에서가장중요한원예작물중하나이다. 인도는 Bt가지연 구개발의선두주자이다. 2007년인도의대법원은 Bt가지를이용한시험재배를승인하였으며, 2009년시장도입을목적으로한실험용종자생산을허가하였다. 또한인도정부는최근 GMO를포함한가공식품을승인하였다. 현재인도에서는내충성및내병성 GM가지개발을목표로연구가진행중에있다. Bt가지는식품으로바로소비되는채소로서출시예정단계이다. 국제적으로이기술의채택에매우중요한시기이며전세계가인도에서의 Bt가지도입을주목하고있다. Bt면화는인도에서현실화가되었고장단점을가지고있으며, Bt가존립할수있는추진력을제공하였다. 이는 Bt가지가추진력을얻고현실화되는데밑바탕이되었다. 정부와정책제정자들은인도의수많은인구를부양하기위해서농업기술을도입하고자한다. 2억 5천만톤의필요생산량이 2030년에는 4억톤으로증가할것이라고추산된다. 그러나 10-20% 의농업용지가전용될것으로예상이되며, 이에정부는식량안보차원에서 Bt를중요하게생각하고있다. 이는 GM 반대여론을진압하는데큰도움이되었다. Bt가지는식량작물로서최초상업적으로승인된 GM종자이다. 대부분의과학계에서는이의출시에호의적이며, 식량작물임에도불구, 일대획을긋는중대한사건이라는점에이견이많지않다. 인도의 Bt가지허가는가지가주요작물로분류되는아시아시장상당부분을개방할것이다. 이들국가의공공기관은민영기관과협력하여작물을개발하고상용화하는데전략적인접근을하고있다. GM면화의경우잡초, 질병, 해충, 그리고가뭄저항성해결을위한노력을지속하고있다. 몬산토社는미국에서가뭄내성면화의포장실험중이며호주에서면화의용수효율연구를수행할수있는승인도가지고있다. 이가뭄내성 GM면화는 2015년보급될예정이다. 면화에서생명공학기술의적용은계속증가할것이며미국이주요면화시장의자리를지키겠지만인도와중국에서주로경작지증가현상이일어날것이다. 또한브라질의면화생산량도증대될것으로보인다. 우수한면화를개발하기위해서는교배원종이매우중요하다. 생명공학기술을이용하여면화에새로운형질을도입하기위해높은수확량과우수한질의교배원종이요구되고있기때문에형질개발자와교배원종소유자간의지속적이고긴밀한협력이요구된다. 그리고강화된가뭄내성과질소이용효율은면화시장의판도를바꿀것이다. 캐놀라의경우생명공학기술이용은계속될것이지만, 여타식량작물 ( 예로콩, 옥수수 ) 의발전과정을답습하는수준일것이다. 이는주로작물생산 ( 병해충, 제초, 가뭄저항성등 ) 과오일의품질에초점이맞춰질것이다. 사탕수수와사탕무의경우는향후가장 GM작물재배가확대될수있는작물로꼽힌다. 기본적으로제초제저항성과해충저항성이외에질소비료효율증진이목표가되고있다. 이외에벤트글라스의경우제초제저항성과질소비료효율성증진이주요목표이며, 알팔파의경우생물량 / 사료부생산량증대, 가뭄내성 / 용수효율증대, 리그닌 (lignin) 감소를통한사료부품질향상등이연구대상이다 ( 출처 : 농진청 GM작물기술동향보고서 ). 제 1 절작물 244 www.biosafety.or.kr 245

2. GM작물재배동향가. 2011~2012년 GM작물재배현황 GM작물의재배면적은 2012년까지 17년째지속적으로증가하고있다. 2012년에도 2011년 1억 6,000만 ha에서 6%(1,030만 ha) 증가된 1억 7,030만 ha에서재배되었다. 2012년은 GM작물이상업화가된지 17년이되고, 1996년부터 2012년까지 16년동안의지속적인증가이후경이적으로성장이계속된때이다. GM작물의재배면적은상용화첫해인 1996년의 170만 ha에서 2012년 1억 7,000만 ha로전례없는 100배의증가를기록하였다. 이는근래역사에서가장빠르게채택된작물생산기술이며 GM작물이주는이점때문에이와같은증가가이루어지고있다고분석되고있다. GM작물재배의이점에대한가장확실하고신뢰할만한증언은 1996년에서 2012년까지 17년동안전세계 30여개국의수백만농부들이 1억건이넘는자발적인결정을통해 GM작물을심고재경작하였으며, 총누적재배면적이 15억 ha( 미국이나중국의전체국토보다도 50% 나더넓은면적 ) 에이른다는것이다. 모험을싫어하는농민들이생명공학에대해신뢰와믿음을갖는주요한이유는 GM작물이상당한사회적, 경제적, 환경적인이익을주기때문이다. 2011년유럽에서수행된연구에서 GM작물이안전하다는것이확인되기도했다. 중요한사실은상업화초기 5억 ha에도달하기까지 10년이소요됐으나, 이후 10억 ha까지는 5년이걸렸고, 2012년 15 억 ha가되기까지는오직 3년만소요되었다는점이다. 이는농민들의 GM작물선택이점점더빠르게이루어지고있다는것을의미한다. 제 1 절작물 그림 3-6-06 전세계 GM작물재배현황 (2012년 ISAAA 보고서 ) 연도 면적 (ha) 비고 2007 1억 1,400만 2008 1억 2,500만 전년대비 9.4% 증가 2009 1억 3,400만 전년대비 7% 증가 2010 1억 4,800만 전년대비 10% 증가 2011 1억 6,000만 전년대비 8% 증가 2012 1억 7,030만 전년대비 6% 증가 표 3-6-04 최근 5년간세계 GM작물재배면적 그림 3-6-07 GM작물재배면적누적합계 (2012년 ISAAA 보고서 ) 2012년도에상업적으로 GM작물을재배한국가는 28개국이며, 미국이 2011년도에이어가장많은면적을재배한것으로나타났다 ( 전체재배면적의약 41%). 브라질의경우 2011년에이어두번째로많은면적을재배하고있으며 2011년보다 3% 가증가된 22% 의점유율을보였다. 이외에도 18개의주요재배국들은 5만 ha 혹은그이상의 GM작물을재배하였다. GM작물재배세계상위 5개국가들은아시아의중국과인도, 남아메리카의브라질과아르헨티나, 그리고아프리카의남아공으로총 7,820만 ha( 세계의 46%) 를재배하였다. 이들국가에는현재 70억전세계인구의 40% 이상이살고있으며, 2100년에는 101억명에도달할것으로예측된다. 아프리카의전체인구는 10억명 ( 세계인구의 15%) 이며금세기말인 2100년에는많게는 36억명 ( 세계인구의 35%) 까지증가할것으로전망된다. 감당할수없는높은곡물가격은식량의안정적확보를더욱어렵게하고있어서이를해결하기위해서는 GM작물이만병통치약이될수는없겠지만주요해결방안중하나가될것이다. 246 www.biosafety.or.kr 247

순위 국가명 면적 ( 백만 ha) GM작물 1 미국 69.5 옥수수, 콩, 면화, 캐놀라, 사탕무, 알팔파, 파파야, 스쿼시 2 브라질 36.6 콩, 옥수수, 면화 3 아르헨티나 23.9 콩, 옥수수, 면화 4 캐나다 11.6 캐놀라, 옥수수, 콩, 사탕무 5 인도 10.8 면화 6 중국 4.0 면화, 파파야, 포플러, 토마토, 파프리카 7 파라과이 3.4 콩, 옥수수, 면화 8 남아공 2.9 옥수수, 콩, 면화 9 파키스탄 2.8 면화 10 우루과이 1.4 콩, 옥수수 11 볼리비아 1.0 콩 12 필리핀 0.8 옥수수 13 호주 0.7 면화, 캐놀라 14 부르키나파소 0.3 면화 15 미얀마 0.3 면화 16 멕시코 0.2 면화, 콩 17 스페인 0.1 옥수수 18 칠레 0.1 옥수수, 콩, 캐놀라 19 콜롬비아 0.1 면화 20 온두라스 0.1 옥수수 21 수단 0.1 면화 22 포르투갈 0.1 옥수수 23 체코 0.1 옥수수 24 쿠바 0.1 옥수수 25 이집트 0.1 옥수수 26 코스타리카 0.1 면화, 콩 27 루마니아 0.1 옥수수 28 슬로바키아 0.1 옥수수 미국은 GM작물의재배면적이 6,950만 ha를차지해계속해서세계선두자리를지키고있으며, 모든 GM작물에걸쳐평균 90% 이상의채택률을가지고있다. 캐나다는 97.5% 의채택률로 840만 ha의유전자변형캐놀라를재배하고있다. 브라질의 GM작물재배면적은 3,660만 ha로미국에이어두번째로넓은면적을차지하며, 이분야의세계적인리더로부상하고있다. 지난 4년간브라질은 GM작물재배의핵심국가로성장하였고, 그기간동안 630만 ha의 GM작물재배면적이증가하여규모면에서다른국가를앞지르고있으며, 매년 21% 씩그증가세를유지하고있다. 브라질은전세계 GM작물재배면적인 1억 7,000만 ha의 21% 까지그규모가증가하였으며, 미국과의격차를지속적으로좁혀그지위를공고히하고있다. 신속한승인시스템 (track system) 은브라질이적시에 GM작물이벤트의승인을가능하게한다. 브라질은이미 2013년상업화를위한첫번째후대교배종인해충저항성제초제저항성콩을승인하였다. 특히브라질농업연구청 (EMBRAPA) 에서자체기술로개발한바이러스저항성 GM콩 ( 쌀과콩은남미의주식량임 ) 이상업화를위한안전성재배승인을받아, 브라질은개발보급승인면에서 GM작물과관련한새로운기술국가로의능력을입증하고있다. 인도는 93% 의채택률로 1,080만 ha의 Bt면화를경작하고, 중국의자원이부족한 720만농부들은 80% 의채택률로 400만 ha의 Bt면화를재배하였다. 이는농부당평균 0.5 ha를경작한것이다. 인도는 2002~2011년동안 Bt면화재배에의한수입이 126억달러증가하였고 2011년에만 32억달러가증가하였다. 아프리카는계속진전을이루고있으며, 남아공은 GM작물재배면적이 60만 ha 증가하여 290만 ha에도달하였다. 수단은남아공, 부르키나파소, 이집트와함께아프리카의 GM작물재배 4개국이되었다. 남아공의 GM 작물재배면적은주로옥수수와콩에의해증가하였으며 15년째계속증가중이다. 전체 GM작물추정재배면적은 2011/2012년 230만 ha에비해 26% 증가해 2012년에 290만 ha였다. EU의 5개국가들은유전자변형 Bt옥수수를 2011년보다 13% 증가한 129,071 ha를재배. 스페인은지금까지 EU에서전체 Bt옥수수재배면적의 90% 를심는가장큰규모의국가이다. EU의 5개국가들 ( 스페인, 포르투갈, 체코, 슬로바키아, 루마니아 ) 은 2011년에비해 13% 가증가한 129,071 ha의유전자변형옥수수를재배하였는데, 이중스페인이 EU의전체 Bt옥수수재배면적중 116,307 ha를재배했다. 스페인의 Bt옥수수채택률은 30% 에이른다. 2014년승인을목표로하는새로운 GM감자인 Fortuna 는감자에서가장심각한병인감자역병에대해저항성을나타내는매우중요한품종으로기대되어진다. 이종은살진균제농약의대량살포를줄이고, 감자생산손실액에대해 EU국가에서만연간 15억달러, 전세계적으로는 75억달러를감소시킴으로써 EU정책과환경기준을충족시킬수있다. 제 1 절작물 28 개국 170.3 11 작물 ( 옥수수, 면화, 콩, 캐놀라, 파파야, 포플러, 토마토, 파프리카, 사탕무, 알팔파, 스쿼시 ) 표 3-6-05 국가별재배면적및재배작물 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 248 www.biosafety.or.kr 249

국 가 2011 년 2012 년 재배면적 ( 백만 ha) 비율 (%) 재배면적 ( 백만 ha) 비율 (%) 작물 2011 2012 재배면적 ( 백만 ha) % 재배면적 ( 백만 ha) % 미국브라질아르헨티나캐나다인도중국파라과이남아공파키스탄기타 69.0 30.3 23.7 10.4 10.6 3.9 2.8 2.3 2.6 4.4 43 19 15 7 7 2 2 1 2 2 69.5 36.6 23.9 11.6 10.6 4.0 3.4 2.9 2.8 4.7 41 22 14 7 6 2 2 2 2 2 콩 75.4 47 80.7 47 옥수수 51.0 32 55.1 32 면화 24.7 15 24.3 14 캐놀라 (canola) 8.2 5 9.2 5 기타 0.7 1 1.0 2 계 160 100 170.3 100 표 3-6-07 2012 주요 GM작물재배면적및점유율 (2012년 ISAAA 보고서 ) 계 160 100 170 100 표 3-6-06 주요재배국가재배면적변이 (2012년 ISAAA 보고서 ) 나. GM작물재배추이현재전세계적으로재배되고있는 GM작물은아직까지도 4대 GM작물인콩, 옥수수, 면화, 캐놀라가 GM작물재배면적의대부분 (99%) 을차지하고있으며, 그뒤를이어사탕무, 알팔파등이전체 GM작물의 1% 미만을차지하고있다. 각작물별 GM 작물채택률은 GM 콩과 GM 면화가 2010 년현재전체재배면적의 81% 인 80.7 백만 ha 와 24.3 백 만 ha 를점유하고있으며옥수수 55.1 백만 ha(35%), 캐놀라 9.2 백만 ha(30%) 등농민들의선호도가증진되면서 점진적으로채택률이높아지고있다 ( 표 3-6-08). 작물 글로벌경작면적 (2012) GM 작물경작면적 (2012) ( 단위 : 백만 ha) GM작물경작비율 (%) 2012 2011 콩 100 80.7 81 75 면화 30 24.3 81 82 옥수수 159 55.1 35 32 캐놀라 (canola) 31 9.2 30 26 제 1 절작물 표 3-6-08 2012 작물별 GM 작물채택률 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 그림 3-6-08 연도별 GM 작물재배면적변이 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 2012년에는전년보다 60만명이증가한 1,730만명의농민들이 GM작물을재배했다. 특히이중 90% 이상인 1,500만명이개발도상국의가난한농민들이었다. 농부들은위험감수를기피하는성향이있지만, 2012년중국에서 720만명, 인도에서 720만명의소규모경작농부가 1,500만 ha의 GM작물을재배하였다. Bt면화재배로 ha당 250달러까지농부들의수익이현저하게증가했으며, 살충제살포횟수를반으로줄여농부들의농약중독을감소시켰다. 특기할만한사항은개발도상국들은전세계 GM작물의 52% 를재배하였으며, 이는선진국의 48% 보다많았다. 이것은 1996년이기술이상용화되기이전에비평가들이 GM작물은오직선진국을위한것이며, 개발도상국에서는채택될가능성이없다고예측한것에반대되는현상이다. 2012년 GM작물의재배면적증가치는개발도상국의증가율이 11%(870만 ha) 로선진국의증가율 3%(160만 ha) 에비해 3배높았으며그면적은 5배더넓다. 또한 1996~2011 년동안에개발도상국에서의누적수입은 496억달러로선진국의 486억달러보다높았다. 2011년의한해수익만고려하면전체적으로 197억달러이며, 개발도상국은 101억달러로선진국의 96억달러보다더높았다. 250 www.biosafety.or.kr 251

2011 2012 형질 재배면적 % 재배면적 % 제초제저항성 93.9 59 100.5 59 제초제 / 해충저항성 42.2 26 43.7 26 해충저항성 23.9 15 26.1 15 기타 1 1 1 1 계 160.0 100 170.3 100 표 3-6-09 2011~2012 년형질별 GM 작물재배면적변이 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 그림 3-6-09 연도별 GM작물재배면적변이 (2012년 ISAAA 보고서 ) 특기할만한사항은후대교배종작물의재배면적증가이다. 현재후대교배종작물은전체 1억 7,000만 ha의 25% 이상에이르고있다. 후대교배종형질은 GM작물의중요한성질이다. 2012년 13개국이두개이상의형질을갖는 GM작물을재배하였다. 후대교배종은 2012년에 4,370만 ha가재배되어전체 1억 7,000만 ha의 26% 를차지했다 (2011년에는 4,220만 ha가재배되어전체재배면적인 1억 6,000만 ha의 26% 를차지 ). 이는이제생명공학과전통육종의자연스런결합이이루어지고있는것을의미하고있으며, GM작물이농업기술발전의한과정이라는것을증명한다는점에서향후안전성심사에대한개선을검토할수있는명분이될것이다. 3. GM작물상업화동향가. GM작물상업화현황 2012년에 28개국이상업화된 GM작물을재배했으며, 1996년이래로재배는하지않지만수입을허용한추가적인 31개국을포함한총 59개국이 GM작물을식품및사료용으로승인했다. 25개작물 319개이벤트에대해총 2,497건이승인되었으며, 1,129개는식용 ( 직접사용또는가공용 ), 813개는사료용 ( 직접사용또는가공용 ), 555 개는재배용또는환경방출용이다. 59개국가들중미국 (196) 이가장많은이벤트를승인하였으며, 일본 (182), 캐나다 (131), 멕시코 (122), 호주 (92), 한국 (86), 뉴질랜드 (81), EU( 만료되거나갱신중인승인을포함하여 67), 필리핀 (64), 대만 (52), 남아공 (49) 이그뒤를잇고있다. 옥수수는가장많은수의승인을받았고 (23개국에서 121건 ), 그다음에면화 (19개국에서 22건 ), 감자 (10개국에서 31건 ), 캐놀라 (12개국에서 30건 ), 그리고콩 (24개국에서 22건 ) 이뒤를잇는다. 가장많은승인을얻은건은제초제저항성옥수수이벤트 NK603(22개국에서 50 승인 + EU-27), 그다음이제초제저항성콩이벤트 GTS-40-3-2(24개국에서 48 승인 + EU-27), 해충저항성옥수수이벤트 MON810(22개국에서 47 승인 + EU-27), 해충저항성옥수수이벤트 Bt11(20개국에서 43 승인 + EU-27), 해충저항성면화이벤트 MON531(17개국에서 36 승인 + EU-27), 그리고해충저항성면화이벤트 MON1445(14개국에서 31 승인 +EU-27) 등이있다 (2012년 ISAAA 보고서 ). 제 1 절작물 그림 3-6-10 형질별 GM 작물재배면적변이 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 252 www.biosafety.or.kr 253

작물 이벤트수 Alfalfa (Medicago sativa) 3 Argentine Canola (Brassica napus) 30 Bean (Phaseolus vulgaris) 1 Carnation (Dianthus caryophyllus) 15 Chicory (Cichorium intybus) 3 Cotton (Gossypium hirsutum L.) 48 작물 이벤트수 Polish canola (Brassica rapa) 4 Poplar (Populus sp.) 2 Potato (Solanum tuberosum L.) 31 Rice (Oryza sativa L.) 7 Rose (Rosa hybrida) 2 Soybean (Glycine max L.) 22 그림 3-6-13 국가별승인건수 (ISAAA DB) Creeping Bentgrass (Agrostis stolonifera) 1 Flax (Linum usitatissumum L.) 1 Maize (Zea mays L.) 121 Squash (Cucurbita pepo) 2 Sugar Beet (Beta vulgaris) 3 Sweet pepper (Capsicum annuum) 1 Melon (Cucumis melo) 2 Tobacco (Nicotiana tabacum L.) 2 Papaya (Carica papaya) 4 Tomato (Lycopersicon esculentum) 11 Petunia (Petunia hybrida) 1 Wheat (Triticum aestivum) 1 Plum (Prunus domestica) 1 25 작물 319 이벤트 표 3-6-10 식품및사료용으로상업화가승인된작물별이벤트 (ISAAA) 나. 국내산업화현황현재다수의 GM작물들이향후상업화를위해개발중이나국내에는아직까지심사승인을통과하여시중에방출재배되는 GM작물은없다. 국내개발중인 GM작물들은 유전자변형생물체국가간이동에관한법률 ( 이하 LMO법 ) 및 LMO 통합고시에의해관리되고있으며, 농촌진흥청에서승인된안전격리시설을갖춘 GM온실및포장에서만재배되고있다. 사실상용화기술개발측면에서보면우리나라의경우상용화의초기단계에도접근하지못하고있는실정이다. 즉, 아직까지상업용 GM작물개발에성공한경험이없으므로지금도많은시행착오를겪으면서상업화용 GM작물개발기술의기반확보에노력중인것이다. 반면, 기술개발의필요성에대한국가정책의지가분명하고그동안의연구성과를볼때선진국수준의 GM작물산업화기술기반구축이가까운장래에가능하리라전망된다. 또한, 안전성관리측면에서도법과제도가이미잘갖추어져있는등향후국내 GM작물상용화시대를잘준비하고있다고생각된다. 제 1 절작물 작물명 승인이벤트수 사료용 용도승인건 식품가공용 그림 3-6-11 작물별승인건수 (ISAAA DB) 그림 3-6-12 작물별안전성승인국가수 (ISAAA DB) 콩 13 13 9 옥수수 51 47 46 면화 18 17 16 감자 4 4 캐놀라 8 8 6 알팔파 1 1 1 사탕무 1 1 계 96 86 83 표 3-6-11 우리나라 LMO 위해성심사승인현황 (2013년 1월기준 ) ( 출처 : LMO국가통합정보망 ) 254 www.biosafety.or.kr 255

국내의경우재배가허용되지는않았지만, 많은양의 GM곡물이가축사료및가공용으로수입되어이미사 용되고있다. 우리나라의 GM곡물위해성심사승인은 2013년 1월현재 7작물 97건의이벤트가승인되었고, 이 중사료용으로 86건과가공용으로 84건의이벤트가승인되었다. 2012년에가공용및사료용으로수입승인된 GM곡물은총 7,840천톤으로금액으로환산시약 2,672백만달러에달하고있다 ( 출처 : LMO국가통합정보망 ). ( 단위 : 천톤, 천달러 ) 전체 식용 사료용 연도 총계 총금액 수량 금액 수량 금액 2008 8,572 1,553 732,618 7,019-2009 7,280 1,774,390 1,372 500,200 5,908 1,274,190 2010 8.482 2,136,889 1,916 620,149 6,567 1,516,740 2011 7,853 2,706,290 1,875 807,708 5,978 1,898,582 2012 7,840 2,672,222 1,915 844,817 5,925 1,827,405 표 3-6-12 식용ㆍ사료용 LMO 수입승인현황 ( 출처 : LMO국가통합정보망 ) ( 단위 : 천톤, 천달러 ) 2009 2010 2011 2012 구분 물량 금액 물량 금액 물량 금액 물량 금액 콩 ( 식품용 ) 901 418 923 387 850 4.65 882 827 옥수수 ( 식품용 ) 471 82 993 233 1,025 343 1,034 318 옥수수 ( 사료용 ) 5,810 1,244 6,448 1,480 5,847 1,860 5,779 1,783 면실 ( 사료용 ) 98 31 119 37 130 38 130 44 GM작물은소비자들의불안감해소를위하여각국가별로철저한안전성평가와심사를실시하고있으며, 우리나라의경우도매우엄격한심사기준을적용하고있다. 국내에서는아직 GM작물의상업화가진행된예가없으나, 2013년부터는안전성평가에투입되는 GM작물이벤트가증가할것으로예측된다. 해충저항성벼 / 고추 / 배추, 바이러스저항성고추 / 감자, 가뭄저항성벼등이현재가장연구진행이많이진행되고있으며, 이밖에도영양성분강화벼등품질이개선된 GM작물들도안전성평가투입을위한준비가진행중이다. 상업화전망을살펴보면현재제초제저항성벼 / 잔디, 바이러스저항성고추, 기능성물질생산벼등안전성평가가어느정도진행된작물을위주로 1~2년이내에상업화를위한안전성심사서작성제출이예상된다. 이러한상업화용 GM작물개발은국가기술경쟁력제고와우리농업의발전을위해서는필수적으로추진해야하는반면, 아직까지는 GM작물의국내재배에대한불안감과반대의견이높은것이사실이다. 이러한국민정서를고려하여 GM작물의국내재배는수요자와소비자들이그필요성을충분히인정하고상용화에대한국민적공감대확보가충분히이루어진후에가능할것으로전망된다. 중장기적으로는그동안의연구기반과성과를바탕으로다양한 GM작물이개발될것으로예상되며, 특히상업화를위해서걸림돌이되고있는원천기술 ( 운반체, 유전자, 선발마커등 ) 도궁극적으로는해결해나갈것으로전망된다. 이들원천기술이개발되고국내 GM작물이상업화되기시작하면, 곡물, 채소작물, 화훼작물등다양한 GM작물들이개발될것으로예상되며, 세계적인종자회사인몬산토社, 신젠타社, 바이엘크롭사이언스社등과도기술교류, 유전자공유등이이루어질가능성도높을것이다. 앞으로, 우리의농업생명공학기술을이용한 GM작물개발은많은난관과기회가함께존재할것이며, 이를성공적으로수행할수있도록더욱많은분발과노력이필요할것이다. 제 1 절작물 3. 향후전망 표 3-6-13 LMO 포함농산물국내수입현황 ( 출처 : LMO 국가통합정보망 ) 나. 국외 UN 에서정한새천년발전목표 (MDG, The Millennium Development Goal, 이하 MDG ) 의해인 2015 년과그이후 미래의전망은고무적이다. 몇몇새로운개발도상국이아시아를선두로 2015 년이전에 GM 작물을재배할예정이며, 아 가. 국내서두에서이야기한것처럼 GM작물은농업에서최상위육종기술로써지속가능한농업발전과우리농업의첨단산업화에꼭필요한기술인반면, 막대한연구비투자와장기간의연구개발기간이필요한기술임과동시에성과도출을장담할수없다는위험으로인하여대다수국내종자회사들이개발을기피하고있는것이현실이다. 다행인것은우리나라는육종분야에서세계적기술수준을확보하고있으며, 그동안의꾸준한연구투자로유전자개발및 GM작물개발에필요한기술에대한최소한의기술기반을확보하고있어적극적인투자와산학관연공동연구를통해경쟁력확보가가능하다는것이다. 향후국내에서의 GM작물개발은농진청에서 2011년부터추진되고있는 차세대바이오그린21사업 을통한 R&D예산지원등을기반으로더욱활성화될것으로예상된다. 프리카국가들도많이포함될것이라고조심스럽게낙관한다. 최초의가뭄저항성옥수수가북미에서 2013년에, 아프리카에서 2017년경에출시될계획이다. 최초의해충및제초제복합저항성콩이 2013년브라질에서재배될것이고, 승인에따라황금쌀이필리핀에서 2013/2014년에보급될것이며, 인도네시아에서는가뭄저항성사탕수수가재배될가능성이있다. 우리와가까운중국에서는 GM옥수수가 3,000만 ha에서잠정적재배가가능하다. 또한쌀을주식으로하는아시아에서만 10억명의가난한사람들에게큰혜택을줄수있는 GM쌀의재배도가능성이있다. GM작물이비록만병통치약은아니지만 2015 MDG 목표에실질적인기여를할수있는잠재력을가지고있다. 이것은 Gates and Buffet 재단과같은새로운세대의자선단체에의해가난한나라에게지원되는 WEMA(Water Efficient Maize for Africa) 프로젝트와같은공공-민간분야의협력에의해달성할수있는곡물생산성의최적화로가난한인구를반으로줄일것이다. 미래예측가들은개발도상국과선진국의성숙시장에서모든주요작물이이미높은비율및빠른속도로채택되고있 256 www.biosafety.or.kr 257

기때문에보다나은연간이익이예상되며이를통해미래에대해조심스럽게낙관하고있다 (2012년 ISAAA 보고서 ). 남미지역의 GM작물재배와이들지역에맞는 GM작물개발이더욱활발히진행될것으로보인다. 특히브라질의경우 GM작물재배로인한국가경제적발달이 2011년도에약 20억달러를기록하면서국가차원의생명공학작물개발과상업용재배가이루어지고있다. 향후브라질은 2022년 130조원의경제이익창출을목표로연구개발과재배면적확대를추진하고있다. 서는기존의기술들이시간의흐름과함께지속적으로개선되거나새로운기술들에의해대체되어야함은어느누구도부정하지않을것이다. 그런차원에서기후변화에대비한국가식량안보확보와함께세계종자시장진출등우리농업의기술혁신에필수적인 GM작물개발은꼭필요하며동시에국민들의불안감해소를위해이들에대한안전성관리도소홀함이없어야할것으로생각한다. 반면, 필요이상의과도한안전성규제에집착함으로써농업혁신에필요한기술개발의발목이잡히는어리석음은최소한피해야하며, 이런차원에서좀더과 국토면적 : 8억 5,000만 ha 재배가능면적 : 5,900만 ha GM재배면적 : 3,660만 ha(62%, 세계 2위 ) - 제초제저항성콩 = 2.4억 ha (88%) - Bt/ 제초제저항성옥수수 = 1.2억 ha (75%) - Bt/ 제초제저항성면화 = 60만 ha (50%) 2003-2011 총수익 : 66억달러 2011 수익 : 20억달러 학적이고객관적인지식정보교환을통한공공토론을통해지속적인공감대를형성하면서농업생명공학기술 의발전을적극추구하는것이무엇보다중요할것이다. 그림 3-6-14 브라질의 GM 작물재배현황 이상과같이 GM 작물의상업화는이제세계적추세이며앞으로더욱급속히진행될것이다. GM 종자의시장 제 1 절작물 가치는 2012 년현재 150 억달러수준으로세계종자시장의약 44% 를차지하고있으며 2015 년경에는 200 억달 러로증가할것으로예상되고있다. 그림 3-6-15 GM 종자시장가치의증대 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 연도 2003 2008 2010 2011 2012 시장규모 44 억달러 75 억달러 112 억달러 133.5 억달러 148.4 억달러 표 3-6-14 GM 종자의세계시장가치 (2012 년 ISAAA 보고서 ) 수확된곡물의최종생산물의농산물직매수입은유전자변형종자의단독가치보다 10배이상크다는점을감안한다면 GM종자의상업적가치는매우크며, 글로벌종자시장진출을위해서는우리도 GM작물개발을적극추진해야할것이다. 이런차원에서이제 GM종자개발은그국가의종자주권으로이어질공산이크다. 실지로글로벌종자회사들은유용유전자의발굴과특허에모든연구를집중하고있으며이들을이용한 GM종자개발에막대한투자를진행하고있다. 이렇게개발된 GM종자는그들의소유가되며향후수년간기업에이윤을창출해줄것이다. 국가적인차원에서보면 GM종자개발은곧국가유전자원창출로이어짐을의미한다. 즉, 기존의종자를지키는소극적종자주권에서새로운자원을만들어국가식량안보를지키고국익을창출하는적극적종자주권의핵심기술로 GM종자개발기술이활용될것이다. 이와같이농업의지속적혁신을위해 258 www.biosafety.or.kr 259

제 2 절화훼 자 atfaldh 를과다발현시켜비형질전환체에비하여포름알데히드제거능력이 24 26% 증진된페튜니아형 질전환체를개발하여특허출원한바있다. 국립농업과학원에서는페튜니아에애기장대유래형태변형관련유 전자를도입하여왜화성페튜니아형질전환체를개발하고자연구하는중이다. 세계 3 대절화류의하나인국화 화훼는과거에는꽃피는식물을수집하여정원에가꾸고, 정원에있는꽃을잘라서집을장식하는수준으로이용되다가이것이절화, 분화, 조경수등을전문적으로생산하는농가가생기면서생산자와소비자가분리되고생산자와소비자를중개해주는유통상인이나타나서산업으로이끌어졌다. 재배하는화종과품종도날로다양해져식충식물이원예화되고들판에잡초로인식되던식물이꽃꽂이소재로이용되기에이르렀다. 또한최근에들어서는꽃을생화로써만이용하는것을넘어생화의수분조절을통해건조화, 압화, 보존화등으로가공하여이용하는가하면생화에없는색을추가하여하나의꽃에여러가지색을나타내는무지개꽃이나온도에따라색이변하는매직플라워등을개발하여판매되고있어꽃의무한변신이시작되었고꽃의이용범위가정신적인치료로이용되거나향료나염료개발등을통해주거생활에필수적인요소로확대되고있다. 의경우, 국립원예특작과학원에서 2010년도에토마토유래측지발생관련유전자 LeLS를 신마 에역방향으로도입하여획득하였던 LeLS80 등 4계통의서던및노던분석에의해도입목표유전자의도입및발현분석을완료하였으며, 목표유전자주변염기서열을분석하였다. 또한 heat shock promoter에의해발현조절이되도록한애기장대유래개화조절유전자 HsFT를과발현하도록 Pink PangPang 품종에도입하여획득한 8계통의형질전환체가비형질전환체에비해 2~11일빨리개화하는것을확인하였고, 바이로이드저항성형질전환체도획득중이다. 상명대학교에서는애기장대유래화형변형유전자 SAP를 신마 와 백마 품종에도입하여형질전환체를획득중이고, 세계적으로수요가큰작물인잔디의경우, 제주대학교에서제초제저항성형질전환체를환경위해성평가연구중이다. 현재제초제저항성나리와화색변경카네이션은단국대학교에서, 바이러스저항성선인장은국립농업과학원에서개발중이다. 1. GM 화훼작물연구개발동향 형질전환화훼작물의개발역사는 1983년최초로항생제카나마이신저항성담배및페튜니아연구로부터시작되었고 1980년대에서 1990년대를거치면서활발히추진되었다. 초기에는제초제내성, 바이러스저항성유전자가삽입된형질전환페튜니아를개발하는등생산성향상에주력하였으나, 이후에는나리. 난. 국화. 장미. 글라디올러스등에서향기나꽃색깔을마음대로조절하여작물의부가가치를높이는방향으로진행되고있다. 2011년부터 2012년까지국내외저널에도입유전자의기능을확인한형질전환체를획득하였다고보고된연구현황을살펴보면다음과같다. 화훼류특성연구기관연도 국화 나리 조기개화성, 무측지성, 국립원예특작과학원 2012 바이로이드저항성, 화형변형국립원예특작과학원, 상명대연구중 제초제저항성단국대연구중 바이러스저항성단국대연구중 선인장바이러스저항성국립농업과학원연구중 잔디 제초제저항성환경위해성평가, 내음성, 불임성, 왜화성 제주대, 에프앤피, 한국생명공학연구원 연구중 장미내환경성, 내충성국립원예특작과학원연구중 카네이션화색변형단국대연구중 제 2 절화훼 가. 국내 GM화훼작물연구개발동향화훼작물은 2011년도부터시작된 차세대바이오그린21사업 GM실용화사업단에서실용화목표하에중점적으로개발하고자하는 5대작물중의하나로개발후지적재산권등에의해실용화진입에문제가없도록형질전환체를개발하는방향으로연구가진행되고있다. 국 공립연구기관및몇몇대학에서활발하게진행되어무측지성, 형태변형및조기개화성국화, 실내외공기오염저항성, 왜화성페튜니아, 제초제저항성잔디등의형질전환체가개발되었거나개발중이다 ( 표 3-6-15). 미국에서는 bedding plant로서수요가큰페튜니아의경우, 국립원예특작과학원에서 2011년에대장균유래의항산화성유전자 SOD2 유전자를페튜니아계통 (line) 과애기장대유래의 NDPK2 유전자가도입된형질전환체간의교잡을통해 SOD2와 NDPK2 유전자가복합도입되어대기환경오염에대한저항성이증대된페튜니아형질전환체를, 2012년도에애기장대유래포름알데히드제거유전 대기환경오염저항성국립원예특작과학원 2011 페튜니아실내공기오염원제거능력증진국립원예특작과학원 2012 표 3-6-15 최근국내에서연구개발중인화훼작물형질전환현황나. 국외연구개발동향 Chandler와 Sanchez(2012, Plant Biotechnology Journal 10, 891-903), Nishihara와 Nakatsuka(2011, Biotechnol. Lett. 33, 433-441) 등에의해정리보고된것을참고하였고, 2011년도이후국외저널에연구보고를정리하여요약한것을표 3-6-16에나타내었다. 형질전환에의해변형된형질별로좀더자세하게언급하면다음과같다. 260 www.biosafety.or.kr 261

종류변형된특성보고학술지연도 국화 (Chrysanthemum morifolium Ramat.) 내병성 Plant. Signal. Behav. 6:409-412 2011 내충성 ( 환경위해성평가 ) Plant Biotechnology 25:17-29 2008 내충성 Plant Biotechnology 28:393-395 2011 조기개화 In Vitro Cell.Dev.Biol._Plant 47:553-560 2011 국화 (Chrysanthemum morifolium Ramat.) 웅성불임 Mol Breeding 29:285-295 2012 나팔꽃 (Pharbitis nil) 꽃변형 Plant Biotechnology28:153-165 2011 맨드라미 (Celosia plumosus) 형태변형 Acta Physiol Plant 33:1597-1602 2011 베고니아 (Begonia maculata Raddi) 형태변형 Biologia 66:251-257 2011 뻐꾹나리 (Tricyrtis sp.) 화색변형 Mol Breeding 30:671-680 2012 시클라멘 (Cyclamen persicum) 화색변형 Journal of Plant Physiology 28:141-147 2011 온시디움 (Oncidium Grower Ramsy) 조기개화 Acta Physiol Plant 34:1295-1302 2012 장미 (Rosa hybrida) 꽃과잎변형 Plant Biotechnology 28: 149-152 2011 장미 (Rosa hybrida) 화색변형 ( 환경위해성평가 ) Plant Biotechnology 28:251-261 2011 제라늄 (Pelargonium domesticum) 개화지연, 신장및분화억제 Plant Cell Rep 31:2015-2029 2012 제라늄 (P. zonale) 절화수명연장, 웅성불임, 노화지연등 BMC Plant Biology 12: 156 2012 칼랑코에 (Kalanchoë blossfeldiana Molly ) 콤팩트성 Eupytica 188:397-407 2012 칼랑코에 (Kalanchoë blossfeldiana Molly ) 콤팩트성 Plant Cell Rep 30:2267-2279 2011 토레니아 (Torenia fournieri Lind) 꽃변형 (petal sepal) The Plant Journal 71:1002-1014 2012 페튜니아 환경오염내성 Journal of Plan Physiology 168:167-173 2011 (1) 화색 표 3-6-16 최근국외화훼작물형질전환연구현황 호주의 Florigene 社에서화색변형카네이션형질전환체개발에성공한이후로형질전환기술에의해화색을 변경시키고자하는연구는최근에도끊임없이이루어지고있다. Kamiishi 등 (2012 년 ) 이 RNA 간섭기술을이용 하여 CHS 유전자의발현을억제시켜비형질전환체보다붉은색반점의수가적거나없는뻐꾹나리형질전환체 를개발하였다고보고하였고, Nakatsuka 등 (2011 년 ) 이팬지의 F3 5 H 유전자와토레니아의 5AT 유전자를도입 하여청색소발현형질전환계통의품종등록을위해알레르기유발및독성평가, 교잡화합성평가등환경위해성평가연구결과를보고하였다. 또한 2012년 5월 9일에는일본의 SUNTORY 연구센터에서 Niigata 농업연구센터와의공동연구를통해화색을변경한나리를개발하는데성공하였다고회사인터넷에게시보고한바있다 ( 그림 3-6-16). 그림 3-6-16 일본 SUNTORY사에서보고한화색변형나리형질전환체 ( 자료출처 : http://www.suntory.com/news/2012/11421.html) (2) 내병성화훼작물에있어서도형질전환기술을이용하여병저항성품종을개발하기위하여많은연구가이루어지긴하였지만현재까지상업화가가능한병저항성화훼류형질전환체가개발되지는못한실정이고, 국화 Shinba 품종에 coffee유래 N-methyltransferase genes의도입을통해획득한카페인생산국화형질전환체가비형질전환체에비해잿빛곰팡이병저항성을보였다는 Kim 등 (2011년) 의보고가있다. (3) 내충성화훼작물에있어서도형질전환기술을이용하여내충성품종을개발하기위하여많은연구가이루어지긴하였지만현재까지상업화가가능한내충성화훼류형질전환체가개발되지는못한실정이다. Shinoyama 등 (2008 년 ) 은 Bacillus thuringiensis 유래이고 a mutated cry1ab유전자인 mcbt를국화 Yamate-shiro 품종에도입하여담배거세미나방과담배나방저항성형질전환계통을개발하였으나환경위해성평가연구를수행한결과, 야생종과의교잡화합성에의해목표유전자가야생종으로이동된것을확인한후웅성불임성형질전환체의개발이필요함을언급하면서품종화하는것을포기한다고보고한바있다. Kim 등 (2011년) 은국화 Shinba 품종에 coffee유래 N-methyltransferase genes의도입을통해획득한카페인생산형질전환체가비형질전환체에비해국화의주요해충인파방나방에저항성을보였다고보고하였다. 제 2 절화훼 262 www.biosafety.or.kr 263

(4) 내환경성화훼작물에있어서도형질전환기술을이용하여내환경성품종을개발하기위하여많은연구가이루어지긴하였지만현재까지상업화가가능한내환경성화훼류형질전환체가개발되지는못한실정이고, 2011년도에애기장대유래 CAX1 유전자를페튜니아에도입하여카드뮴내성및축적증진형질전환체를획득하였다는 Wu 등 (2011년) 의보고가있다. 노력들이이루어지고있다. Thiruvengadam 등 (2012년) 은온시디움유래개화조절유전자 OMADS1를온시디움 Grower Ramsy 품종에도입하여비형질전환체에비해조기개화한형질전환체를획득하였다고보고하였다고, Hamama 등 (2012년) 은장미야생종 Rosa wichurana유래 GA발현억제관련유전자 RoDELLA를제라늄 (Pelargonium domesticum) 에도입하여개화지연형질전환체를획득하였다고하였다. Shulga 등 (2011년) 은국화과유래의 AP1 유사유전자를국화 White Snowdon 품종에도입하여획득한형질전환체가장일조건에서 (5) 화형및형태변형생장조절제살포에의해서만조절하였던분화류의초장이나컴팩스성및화형변형등을형질전환기술에의해해결해보고자하는연구가시도되고있다. Hamama 등 (2012년) 은장미야생종 Rosa wichurana유래 GA 발현억제관련유전자 RoDELLA를제라늄 (Pelargonium domesticum) 에도입한결과, 초장억제및분화성형질전환체를획득하였다고하였다. Sasaki 등 (2012년) 은 UNUSUAL FLORAL ORGANS(UFO) homolog 를토레니아에도입하여꽃잎이꽃받침조각으로변형된형질전환체를획득하였다고하였다. Lütken 등 (2011년, 2012년 ) 은 Agrobacterium rhuzogenes유래 rol 유전자와칼랑코에유래 class Ⅰ과 class Ⅱ homeobox KNOX (KN) 유전자를칼랑코에 Molly 품종에도입한결과, 컴팩트성을보이는형질전환체를획득하였다고하였다. Tanaka 등 (2011년) 은시클라멘으로부터 the chimeric TCP repressor를분리한후이를다시시클라멘에도입한결과, 물결모양의꽃을보이는형질전환체를획득하였다고하였다. Sage-Ono 등 (2011년) 은 chimeric repressor gene-silencing 기술을이용하여 class-c MADS-box transcription factor를나팔꽃에도입하여겹꽃나팔꽃을획득하였다고하였다. Gion 등 (2011년) 은애기장대유래 TCP3의 chimeric repressor의도입을통해잎모양과꽃모양이변형된장미를획득하였다고보고하였다. Xu 등 (2011년) 은사시나무유래인생장점유지및기관분화의적절패턴닝에중요한기능을하는것으로알려진 homeodomain-containing transcription factor를암호화하는 KNOX와 PttKN1 유전자를베고니아에도입하여획득된형질전환체가화형이변형되었다고하였다. García-Sogo 등 (2012년) 은웅사이토키닌생합성관련유전자인 ipt를제라늄 (Pelargonium zonale) 에도입하여획득한형질전환체가비형질전환체에비하여절간장이짧아졌고, 분지수가증가하였으며, 잎과꽃의크기가작아졌다고보고하였다. Sun 등 (2011년) 은애기장대신초생장점에서만발현되는 KNAT1 유전자를애기장대로부터동정 분리한후맨드라미에다시도입한결과, 잎이우굴쭈굴하고갈라진잎모양으로바뀌고식물체가전체적으로왜화된형질전환체를획득하였다고보고하였다. (6) 개화조절절화류는상품이좀더빨리개화할경우빨리출하할수있어생산비가절감될수있고, 분화류는판매시기에맞추어개화할경우상품가치를높일수있어일장을조절해주거나생장조절제살포를통하여조절하였던개화시기를형질전환에의해식물체자체가유전적으로개화조절능력을지니는식물체를개발하고자하는 는비형질전환체보다개화가빨라지지않았으나단일조건에서는비형질전환체보다화아분화가 2주먼저시작되었고, 꽃이 3주먼저만개되었다고보고하였다. (7) 꽃수명연장고비용문제로상업화되지는못했지만절화수명이연장된카네이션형질전환체개발에성공한이후형질전환기술을이용하여꽃수명을연장시키려는연구는꾸준히이루어지고있다. 초기에는 ACC synthase 또는 ACC oxidase 유전자의 down-regulation에의한에틸렌생합성을억제시킴으로써꽃의수명을연장시키려는연구가진행되었으나최근에는 mutant ethylene reporter gene의과발현을통해꽃수명을연장시킬수있었다는연구가보고되었다. García-Sogo 등 (2012년) 은사이토키닌생합성관련유전자인 ipt를제라늄 (Pelargonium zonale) 에도입한결과, 획득한형질전환체와대조구의잎을잎자루가달리게하여유리관에물과함께 28 에처리하였을때비형질전환체의잎은처리후 6일부터시들기시작하였으나형질전환체의잎은처리후 17일경이되어서야시들기시작할정도로잎의노화가지연된제라늄형질전환체를획득하였다고보고하였다. (8) 웅성불임형질전환체를품종으로인정받아상업화하기위해서반드시정부로부터환경위해성평가를거쳐승인을받아야만한다. 환경위해성평가를통과하기위해서는도입된목표유전자가충이나바람에의한자연교잡에의해그형질전환체가속하는속의야생종으로이동되지않아야하는데이부분을해결하기위해서최근에는형질전환체를목표유전자의도입이외에웅성불임개체로만들고자하는노력들이진행되고있다. 2008년도에내충성국화형질전환체를개발하였으나 gene-flow 문제에부딪쳐품종화하기를포기한 Shinoyama 등은이후웅성불임성국화형질전환체를개발하기위한연구를착수하였고 2012년도에멜론유래 a mutated ethylene receptor 유전자인 Cm-ETR1/H69A를국화에도입한결과, 웅성불임형질전환체를획득하였다고보고하였다. García-Sogo 등 (2012년) 은웅성불임성유도관련유전자 barnase를제라늄 (Pelargonium zonale) 에도입한결과, 웅성불임형질전환체를획득하였다고보고하였다. 이외에개나리, 나리풍접초등의화훼류들의형질전환기술을확립하고자한연구결과들에대한보고들이있다. 제 2 절화훼 264 www.biosafety.or.kr 265

2. GM 화훼작물품종의상업화현황 현재시장에서판매되고있는 GM화훼작물품종에는호주의 Florigene사가 Flavonoid 3,5-hydroxylase(F3 5 H) 유전자의발현을통해개발하여 1997년에상업화시킨블루카네이션품종 Moondust 를시작으로시리즈로개발하여상업화한 Moonseries 10품종과일본 Suntory사에서장미의내재 dihydroflavonol reductase(dfr) 유전자의발현을억제시킨후팬지유래 F3 5 H유전자와토레니아유래 5AT유전자를도입하여개발한후 2009년말상업화시킨블루장미품종 APPLAUSE가있다 ( 그림 3-6-17). 카네이션 Moon시리즈에는그림에서볼수있듯이농도에따라보라색에서거의검정색까지분포하고있으며, 2013년 3월현재남아메리카, 호주및일본에서재배되어 (Chandler와 Sanchez, 2012년 ) 호주등 9개국 52개도매점포에서판매되고있다 ( 그림 3-6-17, 그림 3-6-18). 2011년 3월과비교하면독일의경우도매점포수가 2개에서 1개로줄었고, 러시아의 AFEX Group이추가된것이다. 블루장미 APPLAUSE도 2013년 3월현재일본의홋카이도등 8개지역 240개점포 [ 북해도지역 (7), 토후쿠 ( 동북 ) 지역 (11), 칸토우 ( 관동 ) 지역 (56), 츄우부 ( 중부 ) 지역 (71), 칸사이 ( 관동 ) 지역 (41), 츄우코쿠 ( 중국 ) 지역 (10), 시코쿠 ( 사국 ) 지역 (12), 규슈 ( 구주 ) 지역 (32)] 에서판매중인것이다 ( 그림 3-6-19). 2011년 3월에비하여일본내 APPLAUSE 판매점포수가크게는한개지역이더늘어났고점포수로는 189점포가늘어난것을알수있다. 그림 3-6-18 Florigene 사에서개발되어시판중인화색변형형질전환품종 Moonseries 의판매망 ( 원형점으로표시된부분이판매처 ) ( 자료출처 : http://www.florigene.com) 제 2 절화훼 그림 3-6-17 일본 SUNTORY사에서보고한화색변형나리형질전환체 ( 자료출처 : http://www.florigene.com, http://www.suntorybluerose.com) 국가 판매 ( 도매 ) 회사명 도매점포수 호주 Ballarat Carnations 1 캐나다 Bernard Anderson Inc 등 4 아랍에미리트 Al Lokrit 1 독일 BIGI Blumen 1 네델란드 Florigene Flowers Rijnsburg 1 일본 Suntory Flowers Ltd 1 스웨덴 De Tulp AB 1 영국 Blooms Floral Imports Limited 1 미국 Arizona Flower 등 40 러시아 AFEX Group 1 계 52 표 3-6-17 Florigene Moonseries 카네이션판매 ( 도매 ) 처 ( 자료출처 : http://www.florigene.com) 266 www.biosafety.or.kr 267

방법을이용하여개발된것으로개화관련유전자로알려진한쌍의 floral-organ identity 유전자들 (TCP3와 AG) 의발현을억제시킴으로써얻어진형질전환체로웅성불임성이어서상업화하기에어렵지않을것으로예상되어진다. 이시클라멘형질전환체를개발하는데이용된 CRES-T 방법은이미토레니아, 국화, 용담, 시클라멘, 나팔꽃, 꽃도라지, 페튜니아, 장미등에도적용된것으로보고되고있다. 최근미국에서는부활절나리, 아이리스, 메리골드, 페튜니아, 안스리움, 애기나팔꽃등의화훼류형질전환체의위해성평가승인이이루어진바있다. 이처럼세계적으로연구보고에만그쳤던화훼작물형질전환체가본격적으로상업화가시작되었다고할수있다. 국내에서도 2011년부터시작된차세대바이오그린21사업의 GM작물실용화사업단에서국내외 GM작물을개발하 고자하는목표 5 대작물중의하나로화훼류 ( 국화, 장미, 잔디등 ) 를선정하여연구비가지원됨으로써지적재산권 등실용화진입장벽을극복할수있는유용유전자도입화훼류이벤트를개발하고자하는연구들이진행되고 있다. 이와같이화훼작물이형질전환품종개발을목적으로연구비가지원되는이유는화훼작물이환경위해성 평가및식품안전성평가를모두통과해야할뿐아니라 NGO 단체의반대로상업화까지의기간이오래걸리는 식품과는달리화훼류가환경위해성평가만을통과하면될뿐아니라식품이아니어서 NGO 단체의반대가식품 보다는적을것으로예상되고, 개발후상업화까지의소요기간이짧을것이며, 상업화후부가가치창출효과가매우큰장점이있기때문일것이다. 반면, 화훼작물은식량작물과는달리화종당주요품종의잠식기가비교적짧아상당한비용이소요되는형질전환체개발에서상업화까지의투자비용횟수가어려울수도있어연구비지원에대한제약이있을수있다. 또한형질전환품종으로상업화하기위해서반드시거쳐야하는환경위해성평 제 2 절화훼 가신청을하기위해서는도입된유전자의안정적인발현뿐아니라도입유전자주변염기서열을분석해야하는 그림 3-6-19 블루장미 APPLAUSE 판매중인일본소매점포 (8 개지역 240 개점포 ) 현황 ( 자료출처 : http://www.suntorybluerose.com) 데아직까지벼나애기장대와는달리유전자염기서열이판독되지않은화훼작물로서는개발비용은제쳐두고 라도기술적으로해결하기쉽지않은부분을해결해야하는어려움도있다. 그래서 Chandler 와 Sanchez(2012 년 ) 는화훼작물의형질전환체의상업화를촉진하기위해서는환경위해성평가심사자료항목들이변경되어야함 3. 향후전망 현재유통되고있지않지만잘물러지지않는연화지연토마토 Flavr Savr 가 1994년에형질전환품종으로처음으로상업화되었고, 호주의 Florigene 社에서개발된블루카네이션형질전환품종 MoondustTM이 1997년에상업화된바있으므로화훼작물이세계적으로가장먼저상업화된 LMO작물중의하나라고언급하는것은과언이아닐것이다. 2009년 11월에는화색변형카네이션에이어일본의 SUNTORY 社에서블루장미형질전환품종 APPLAUSE 를상업화하였다. 일본국립농업식품연구성국립화훼연구소의 Ohtsubo 박사의보고 (2011년, Plant 을주장하고있다. 도입유전자주변염기서열분석자료등을형태적특성평가로대치하는등심사규제의완화필요성을강조하고있다. 더욱이생태적인면에서보면화훼분야는꽃을보기때문에유전적으로변형된식물의꽃가루가환경에전면노출되는문제도안고있다. 이와같이개발에서상업화까지쉽지는않지만일본연구진들이접근하고있는형질전환체의웅성불임화등을이용하는것은위해성평가를좀더쉽게통과할수있는좋은방법일것이다. 유전자개발을위시하여많은난제들이있긴하지만현재국내에서분리동정된향기, 화색, 병저항성, 약용기능성등화종에유용할유전자들을도입하여개발한후상업화전략을잘수립하면상상이상의부가가치를창출할수있는국내화훼작물형질전환품종은반드시개발될수있을것으로생각한다. Biotechnology 28:113-121) 에의하면향후 3 년이내에 (2011 년기준 ) 웅성불임이면서꽃잎수가증대된시클라멘이 화색변형카네이션과장미형질전환품종에이은제 3 의형질전환화훼류품종으로출시될예정이다. 이시클라 멘은 transcriptional activator 를 transcriptional repressor 로바꾸어주는유일한 gene-silencing 방법인 CRES-T 268 www.biosafety.or.kr 269

제 3 절나무등 고있는유칼리나무를추운지방에서도잘자라게만드는것이대표적이다. 이외에도제초제저항성, 개화조절, 환경정화등이있다. 궁극적으로이모든개량목표의가장큰공통점은결국산림의생산성을높이는것이다. 생명공학기술을이용하여산림의생산성을높이는데관심이집중되면서나무의고유한특징과관련된유전 자에대한관심또한자연스레증가하게되었다. 나무는애기장대, 벼와같은초본식물이가지고있지않은, 다시 1. 산림생명공학동향 숲은생물다양성을유지하고흙과물을보호한다. 기후변화를늦추고, 이산화탄소농도증가를완화시킨다. 무엇보다우리삶에필요한목재와펄프, 종이와같은다양한산물도공급한다. 최근에는치유와휴양같은복지의관점에서숲의중요성이더욱커지고있다. 그러나인구는여전히급증하고있고, 일회용품사용억제와환경보호정책에따라나무와같은재생가능한자원으로만들어진제품에대한수요가증가하고있다. 목재와목제품에대한수요증가는필연적으로숲의벌채를유발한다. 임업과임산업은나무의성장속도가빠른열대지방의대규모생산지에크게의지하고있다. 그런데천연림의벌채는기후변화대응과이산화탄소감축그리고환경 사회 문화적영향등많은문제를가지고있다. 대규모재조림과신규조림을통한공급기반조성이시급하다. 그러나전통적인육종과조림기술만으로는수요를따라갈수없다. 생명공학기술을이용한 GM나무의개발과이용이증가하는수요를감당하면서동시에천연림을보호할수있는강력한대안으로주목받는이유가여기에있다. 하지만 GM나무에대해서는인간과환경에대한위해성문제로인해많은우려가있음을유념해야한다. 야외에최초로 GM나무가심어진곳은벨기에로, 1988년에개발된제초제내성포플러의연구목적시험식재였다. 지금 GM나무가상업화되어재배되고있는나라는미국과중국이다. 미국은바이러스저항성유전자가도입된 GM파파야와 GM자두가 1996년과 2007년에각각상업화되었다. 중국은곤충저항성유전자가도입된포플러가 2002년에, 바이러스저항성유전자가도입된파파야가 2006년에상업화되었다. 산림수종의경우에는중국에서재배중인 GM포플러가유일하다. 이 GM포플러에대한정확한평가보고서는아직없지만재배면적이최소수천헥타르이상일것으로추정되고있다. 목재또는펄프등의목질계바이오매스생산용으로개발중인 GM나무중에서실용화에가장근접한것은유칼리나무이다. GM유칼리나무는 FuturaGene과 ArborGen은브라질과미국에서최초의상업화에성공하기위해경쟁하고있으며, 상업화직전단계에이르러있다. 상업화에는아직이르지못하고있지만연구개발목적으로시험중인 GM나무는포플러와유칼리나무외에도소나무, 가문비나무, 밤나무, 느릅나무, 호두나무, 풍나무등으로매우다양해지고있다. 대규모조림을목적으로개발중인 GM나무의개량목표형질은다음과같이구분할수있다. 첫째, 빨리잘자라는나무를만드는것이다. 이는재생가능한자원으로서의목질계바이오매스에대한수요증가에기인한다. 둘째, 종이와바이오연료의품질과생산성을높이는것이다. 이을위해리그닌은줄이고셀룰로오스는늘리는시도가이루어지고있다. 셋째, 환경스트레스에강한나무를만드는것이다. 열대지방에서대규모로조림하 말해초본식물을이용해서는알수없는많은특징들을가지고있다. 나무는아주오래살고, 생장과휴면이해마다반복된다. 계절에따른생장의변화도매우분명하다. 극한의수목한계선너머에서열대지방에이르기까지거의모든기후와토양등의환경조건에적응하여살아간다. 이차생장과이차대사와관련해서도나무는독보적인특징을가고있다. 나무의유전자정보는애기장대와벼와같은초본식물과의비교를통해나무와풀사이의여러가지차이를유전자수준에서밝힐수있다. 이런여러가지이유로 2006년미국에너지부는식물중에서애기장대, 벼다음의 3번째로포플러의유전체프로젝트를완료하고그결과를공개하였다. 마침내산림생명공학분야도유전체시대로본격진입하게된것이다. 포플러에이어유칼리나무의유전체도 2011년에밝혀졌다. 스웨덴은우메아식물과학센터를중심으로독일가문비의유전체해독작업을벌이고있다. 미국은테다소나무와미송그리고사탕소나무의유전체를, 캐나다는글라우카가문비의유전체를해독하고있다. 우리나라도 2014년부터소나무의유전체해독작업을시작하기위해준비중에있다. 나무의유전체정보는집약재배가가능한단벌기산림수종의육종과유전적개량에이용될것이다. 우리인간의삶의질이향상되고, 환경보호정책이강화되면서목질계섬유로만든제품에대한수요가급증하고있는데, 이를감당하기위해서는옥수수와밀같은작물과마찬가지로나무도단벌기집약재배가필요하다. 즉, 포플러와유칼리나무같은나무를단벌기집약재배가가능하도록유전적으로개량해야하는데이를위해유전체정보가필요한것이다. 또한유전체정보를이용하여기후변화에대응할수있다. 기후가급속하게변할때작물은이에적응하도록개량된신품종을신속하게투입할수있지만, 나무는품종육성에오랜시간이걸릴뿐아니라숲의갱신에엄청난비용과시간이든다. 따라서나무와숲의적응력과관련된복잡한형질의유전적구조를해석함으로써급속한기후변화에나무가어떻게적응할것인지예측할수있다. 이를통해생태적 진화적관점에서나무의적응력과관련된다양성의분포와진화를해석하여유전적으로불안정하고수명이긴나무, 즉숲을관리하는방법을찾는것이다. 궁극적으로나무의유전체정보를통해우리는나무와풀사이의여러가지차이, 즉나무가가지고있는고유한특징을유전자수준에서이해할수있다. 결국나무의유전체연구는 GM나무의개발과이용을위한발판이될것이다. 그러나나무의유전자에대한연구가유전체수준으로확대되었음에도불구하고 LMO 개발분야에서나무는아직작물에비해훨씬뒤처져있는것이사실이다. 하지만최근에는유칼리나무와같은일부수종의경우에대규모포장시험이진행되는등상업화를위한본격적인단계에진입하고있다. 제 3 절나무등 270 www.biosafety.or.kr 271

2. GM나무연구개발동향가. 국내연구개발동향 우리나라의산림생명공학연구는아직 GM나무의상업화단계에는이르지못하고있다. 그러나최근바이오매스생산성증진과내염 내건성과같은환경스트레스저항성그리고환경정화용 GM나무의개발을위한많은연구들이이루어지고있다. 대상수종은아직포플러에한정되어있다. 하지만소나무와자작나무, 무궁화등의형질전환방법이개발되고있어조만간연구개발수종이확대될것으로보인다. 바이오매스생산성을높이기위해국립산림과학원은저발현 aux 프로모터에연결한시토키닌합성유전자가도입된 GM포플러를개발하였다. 포장시험결과이 GM포플러는기존포플러에비해가지가 3배이상많고, 생장기간도 2주이상길어서바이오매스생산량이 80% 이상증가하는것으로나타났다. 섬유와도관의길이가기존품종보다 20% 이상길어서제지산업에서도질높은종이생산에유리하게쓰일것으로기대되고있다. 한국생명공학연구원바이오안전성평가센터와의공동연구를통해환경영향평가도실시중에있다. 지금까지의결 이잎의 g 생중량당 1.016mg으로나타나서상업적으로중요한재조합단백질의대규모생산에 GM포플러가이용가능함을보여주었다. 포항공과대학교와국립산림과학원은효모의 cadmium factor 1(ScYCF1) 유전자가도입된 GM포플러를대상으로온실과폐광지에서성장과중금속흡수능력을조사하였다. 그결과 GM포플러는지상부의성장이빠르고, 중금속피해가적으며, 카드뮴의축적이일반포플러에비해많은것으로나타났다. 또한뿌리에서카드뮴, 아연그리고납의축적량이더많았다. 이는 GM포플러의근계발달이우수하기때문으로나타났다. 국립환경과학원은폐광지에식재된중금속정화용 GM포플러가토양의세균과고세균그리고곰팡이의군집에미치는영향을조사하였다. 1.5 3년생포플러를대상으로실시한연구결과, 토양미생물의전체적인구조에유의적인차이가없었다. 이외에도서울대학교와고려대학교, 포항공과대학교, 전남대학교등에서식물호르몬및세포벽생합성관련유전자의발현조절을통한바이오매스생산성증진연구가 GM포플러를이용하여소규모로진행중에있다. 하지만아직그결과가논문또는언론을통해발표되지는않고있다. 과를보면 GM포플러를야외에식재하고일반포플러와비교하여토양미생물과곤충상의변화를조사한결과에서는차이가없는것으로나타났다. 고려대학교와국립산림과학원은애기장대의 RabG3bCA 유전자가도입된 GM포플러를개발하였다. 이 GM 포플러는일반포플러에비해자가소화작용이활성화되어목부의발달이우수한것으로나타났다. 또한생장이빠를뿐아니라글루칸함량이 9.8% 이상많고, 효소당화율도높은것으로나타나서바이오연료생산을위한바이오매스작물로의이용가능성을보여주었다. 환경스트레스내성분야에서는내염성과내건성, 그리고산화스트레스내성포플러의개발을위한연구가이루어지고있다. 한국생명공학연구원은경상대학교, 국립산림과학원과협력하여애기장대의 nucleoside diphosphate kinase 2(NDPK2) 유전자가도입된 GM포플러를개발하였다. 지금까지의연구결과를보면이 GM 포플러는산화스트레스에강하고, 바이오매스생산능력이뛰어난것으로밝혀졌다. 이외에도한국생명공학연구원한 중사막화방지생명공학공동연구센터는중국과몽골등의사막화지역방풍림조성을목적으로여러종의환경스트레스내성 GM포플러를개발하여시험중에있다. 국립산림과학원은기후변화에대응하고새만금과같은불량환경에식재하기위해내염 내건성 GM나무의개발연구를진행하고있다. 포플러의기능유전체학분석을통해선발한유전자를다시포플러에도입하여발현을증가또는억제시키는방법을사용하고있다. 현재 6주령의순화묘를이용한분석에서강한내염성또는내건성을나타내는 GM포플러들이선발되었고, 향후포장시험을진행할예정이다. 전남대학교는곰팡이 (Trichoderma reesei) 에서분리한 xylanase 2 유전자가도입된 GM포플러를이용하여고부가단백질의대규모, 저비용생산을위한이용가능성을조사하였다. 그결과 GM포플러의잎에서생물학적으로활성이있는 xylanase가전체용해성단백질의 14.4% 를차지하는것으로나타났다. 또한 xylanase 함량 나. 국외연구개발동향 GM나무의개발과관련하여국외연구개발동향을분석한결과를요약하면 1) 바이오매스생산, 2) 환경스트레스내성, 3) 기타분야로구분할수있다. 이는최근의화두인화석연료대체에너지개발과기후변화대응문제가맞물린결과로보인다. 즉, 경제성을담보하면서식량자원과겹치지않고, 안정적인생산이가능한자원으로목질계바이오매스가부각되는것이다. 또한최근의기후변화는건조, 염, 저온, 고온등과같은환경스트레스로작용하여식물의생산성을저해한다. 따라서궁극적으로기후변화로인해확산되는불량환경에대응하면서동시에산림의생산성을높이는것이산림생명공학이해결해야할가장시급한과제인것이다. 이문제를해결함으로써지속가능한목질계바이오매스의생산을통해바이오연료의공급원을확보함과동시에대기중의탄소를나무에격리 고정함으로써기후변화에대응할수있을것이다. 국외의연구개발대상수종을살펴보면역시포플러가두드러진다. 포플러는유전체정보가완전히밝혀져있을뿐아니라무성증식이용이하며, 형질전환방법이잘확립되어있는등의모델수종으로서독보적인장점들을가지고있기때문이다. 다음으로는유칼리나무의약진이두드러지는데, 이는단벌기집약재배를통한바이오매스생산산업화에가장유리하기때문이다. 이외에도소나무, 가문비나무, 아카시나무, 밤나무, 느릅나무, 호두나무, 풍나무, 닥나무, 자작나무, 삼나무와같이개발대상수종이매우다양해지고있음을알수있다. 바이오매스생산분야는바이오매스생산성증진과바이오에탄올생산효율증진으로구분할수있으며, 연구대상수종은포플러와유칼리나무가대부분을차지한다. 바이오매스생산성증진을위해사용된유전자를기능별로구분해보면이차목부형성및세포벽발달과관련된유전자가가장많다. 광합성또는개화조절등과관련된유전자도있다. 바이오에탄올생산효율증진과관련해서는리그닌함량을낮추고셀룰로오스함량을높 제 3 절나무등 272 www.biosafety.or.kr 273

이기위한연구가대부분을차지했다. 리그닌생합성경로의유전자가가장많이눈에띄는것은당연한결과로보인다. 환경스트레스내성분야는생물학적스트레스와비생물학적스트레스로구분되었다. 생물학적스트레스의경우에는곰팡이내성관련이가장많았고, 곤충과바이러스내성이그다음을차지하였다. 비생물학적스트레스의경우에는건조와염스트레스내성연구가가장많았고저온스트레스관련이그다음을차지하였다. 비생물학적스트레스분야에서는전사인자유전자가가장많았고, 생물학적스트레스분야에서는세포벽생합성관련유전자, 플라보노이드생합성과같은물질대사조절유전자그리고해충저항성유전자 (Bt) 가두드러졌다. 기타분야에서는 GM나무에도입된유전자의자연환경으로의탈출을방지하기위해화분형성을억제하는즉, 웅성불임유도를위한시도가소나무, 유칼리나무그리고삼나무에서보고되었다. GM나무를이용하여오염된토양으로부터비소와같은중금속을제거하기위한연구와식물성플라스틱생산을위한연구도나타났다. 연구개발대상수종을국가별로구분하여보면미국에서는포플러와소나무, 유칼리나무, 가문비나무, 느릅나무, 호두나무, 밤나무, 풍나무, 파파야등이조사되었다. 미국에서는종복원과관련하여미국밤나무연구가눈에띄었다. 미국밤나무는고급목재생산에중요한수종이었지만병으로인해거의전멸되었다. 이러한멸종위기수종의지속가능성을높이고, 생물다양성을유지하기위해생명공학기술이이용되는것이다. 유럽의경우에는포플러, 유칼리나무, 가문비나무, 소나무, 자작나무등이나타났다. 벨기에겐트대학교에서는포장시험결과바이오에탄올생산량을일반포플러보다 81% 이상증가시킨 GM포플러를개발했다고발표하였다. 그외국가의주요개발대상수종을살펴보면캐나다는포플러와가문비나무, 호주는유칼리나무, 뉴질랜드는유칼리나무와소나무, 러시아는포플러와자작나무등이다. 한편인도네시아, 칠레, 브라질, 인도, 남아프리카공화국은포플러, 유칼리나무, 소나무, 파파야등을대상으로 GM나무를연구개발하고있다. 3. GM 나무상업화현황 지난 20여년간 21개국이상에서 700건이넘는 GM나무의포장시험이수행되었거나현재수행중에있다. 그중에서지금까지상업화가이루어진 GM나무는자두, 파파야그리고포플러뿐이다. 그나마미국과중국에한정되어있다. 현재산림생명공학분야의최대화두는단연바이오매스생산이다. 빠른성장과재질개선, 에너지전환효율제고등을통해재생가능한에너지자원으로써목질계바이오매스를생산하는것이다. 그래서속성수, 특히빨리잘자라면서단벌기집약재배가가능한포플러와유칼리나무가주목받고있다. 펄프생산등의목적으로중국에서 GM포플러가이미재배중이지만이를제외하고는아직상업화에도달한것은없다. GM나무의상업화와관련하여최근에가장주목할대상은단연 GM 유칼리나무이다. GM유칼리나무의상업화는미국과브라질에서 ArborGen 社과 FuturaGene 社가주도하고있다. ArborGen 社는 More Wood, Less Land 를기치로 Westvaco Corporation과 International Paper Company 등이협력하여 2000년에설립한산림생명공학기업이다. ArborGen 社는펄프와바이오연료를생산할목적으로호주에서자라는유칼리나무를추운지방에서도버틸수있도록유전자를변형시켰다. 여기에는 CBF(C- Repeat Binding Factor) 유전자가사용되었다. 원래호주의유칼리나무는미국품종보다빨리자라고, 고품질의펄프를생산하지만더운기후에서만잘자란다는단점이있다. ArborGen 社는현재자신들이만든 GM유칼리나무가원래의서식지보다훨씬북쪽에서도잘자라는지를조사하고있다. 이를위해미국남부산림지대를중심으로플로리다, 텍사스, 미시시피, 조지아, 루이지애나등의 7개주, 29개소, 120 헥타르에 25만그루를심었다. ArborGen 社는 GM기술을이용하여유칼리나무에기생하다사람으로옮겨가뇌수막염을일으키고, 결국사망에이르게하는 Cryptococcus neoformans에대한저항성과리그닌함량을낮춘유칼리나무도개발하고있다. Yielding the Future 를기치로한 FuturaGene 社는 1993년이스라엘에서설립된단백질공학전문기업에서출발하였다. 2010년브라질의산림기업인 Suzano 社에인수된이회사는지난 10여년간이스라엘과중국, 브라질의 100 헥타르규모의시험지에서수천종의 GM유칼리나무와 GM포플러를시험하고있다. 특히종이, 발전소용펠릿, 자동차용연료생산에이용하기위해대규모로밀식재배가가능한 GM유칼리나무의상용화에박차를가하고있다. 세포벽의구조를변경시키는애기장대유래의유전자가도입된 GM유칼리나무는 1년에 5미터이상자라고, 5년반만에 27미터까지자란다. 일반유칼리나무에비해바이오매스생산량이 20 30% 이상높다. 일반유칼리나무는벌기령이 7년이지만이 GM유칼리나무는 5.5년이면벌채해서이용할수있다. 현재브라질에서에너지생산용으로재배되는나무가연간헥타르당 80 입방미터를생산한다. FuturaGene 社의 GM유칼리나무는연간헥타르당 104 입방미터를생산한다. 이 GM유칼리나무의네번째안전성시험이 2012년 5월에시작되었다. 첫번째안전성시험은 2006년에시작되었다. FuturaGene 社는포장시험을모두마치고 2015년에본격적인상업재배를시작할수있을것으로기대하고있다. 또한 FuturaGene 社는 2011년에중국상하이에연구개발센터를세우는등의노력을통해 GM유칼리나무의시험재배를브라질, 남아프리카공화국, 인도네시아, 중국등으로확대하고있다. FuturaGene 社는자신들이개발한 GM유칼리나무의상업화는전통육종의성과를크게뛰어넘는성취가될것이고, 화석연료산업으로대체가능하다고주장한다. 유칼리나무에도입된유전자가다른나무에도적용가능한지를확인하기위해참나무에도도입하고있다. FuturaGene 社는이외에도목질계섬유와재생가능한에너지자원개발을위하여나무의병저항성과성장률제고를위한연구도실시하고있다. 2011년현재스웨덴에는 3.8 헥타르의면적에서 GM포플러와 GM사과나무그리고 GM배나무가포장시험중에있다. GM포플러의개량목표형질은성장을좋게하는것이고, GM사과나무와 GM배나무는뿌리발달을좋게하는것이다. 스웨덴에서 GM나무의개발은 SweTree Technologies 社가주도하고있다. 이회사는스웨덴의산림기업인 Sveaskog AB 社, Bergvik Skog AB 社, 그리고 Holmen AB 社가공동으로설립하였다. 이들은섬유소의길이를늘이고, 줄기바이오매스생산을높이며, 목재조성변화등을통해목질계자원의에너지전환효율을증진시키는데집중하고있다. SweTree Technologies 社는해마다약 300여개의유전자를시험하며대상수 제 3 절나무등 274 www.biosafety.or.kr 275

종은주로포플러, 유칼리나무, 가문비나무이다. 스트레스저항성과관련해서는 Mendel Biotechnology 社와공동개발을추진하고있다. 그러나상업화에도달한 GM나무는아직없다. 중국에서는해충저항성 GM포플러가이미상업재배중에있다. 바이오매스생산과해충저항성등과관련하여 GM포플러와소나무등이포장에서재배되고있는것으로알려지고있으나정확한자료는아직공개된것이없다. 일본의 Nippon Paper 社와칠레의 GenFor 社그리고뉴질랜임업연구소 (Scion, 이하 Scion ) 도 GM나무를개발하는것으로알려져있다. 상업화와관련하여공개된자료는없지만 Nippon Paper 社는펄프와종이생산을목적으로유칼리나무를, GenFor 社는목재품질향상및병저항성과관련하여소나무를, 그리고 Scion은재질개선과제초제저항성등을목적으로소나무를연구개발하는것으로알려져있다. 과실나무의경우에는 GM오렌지나무의개발이발표되었다. 미국코넬대학교와 Southern Gardens Citrus Inc. of Clewiston 社는귤이나오렌지류의과실을푸르게만들고, 때로나무를죽이기까지하는프실라균저항성 GM 오렌지나무의포장시험을플로리다에서진행하고있다. 이들은오렌지나무를황폐화시키는이질병에대응하는방법은 GM기술밖에없다고말한다. 실제바이러스저항성파파야와자두가상업적으로재배되고있지만재배면적이넓은 GM오렌지나무가상용화되기까지는앞으로넘어야할난관이많아보인다. 작물과달리 GM나무는천연림인근에심을수밖에없다. 즉천연림과인공재배지사이의간격이좁다. 게다가나무의화분은비산거리가멀다. GM유칼리나무의화분이 40km 이상날아간다는주장도있다. 천연림의나무와교배되지않도록불임기술을개발하거나화분의확산을막을방법이필요하다. 유칼리나무는특히대규모로밀식재배하는경우숲속에아무것도자라지못하기때문에 녹색사막 이라불린다. 토양이나다른생명체에대한영향과아직확인되지않은장기적영향을포함해서 GM나무에대해서는우려가더클수밖에없다. 유칼리나무의대규모인공식재에반대하는환경단체들은 GM나무의대규모조림이열대우림을파괴할것이라고우려한다. 최근에는 GM나무의식재에반대하는움직임이우려할만한수준으로실제행동으로나타나고있다. 뉴질랜드에서는 2012년부활절휴가기간에 GM라디아타소나무수백그루가훼손되는사건이발생했다. 뉴질랜드임업연구소 (Scion) 가제초제저항성의도입과번식발달과정의연구를위해포장시험중이던수고 1 m 미만의어린나무가대부분이었다. Scion 社는포장시험과관련하여위험관리와안전조치를포함해포괄적인규제내용을철저하게따르고있음에도이러한불상사가발생한것에유감을나타내었다. Scion 社는뉴질랜드산림업계에더많은기회를제공할수있는첨단생명공학기술의개발을위해백만달러를투입하여훼손된나무를다시심고관련연구를계속하겠다고발표하였다. 2011년 7월 18일미국하와이에서는약 10 에이커의면적에서 GM파파야가파괴되는일이벌어졌다. 이지역에서는 2010년에도약 8,500그루의 GM파파야가잘려나갔다. 재배농민들사이의복수극인지, GMO 반대주의자들의파괴행위인지는아직명확하지않지만우려가있는것이사실이다. 이탈리아에서는보다복잡한이유로 14년간포장시험중이던 GM나무를모두소각하는일이벌어졌다. 2012 년 10월 29일이탈리아의비테르보에위치한투시아대학교 (The University of Tuscia) 의실험포장에서는 350여 그루의 GM체리나무, GM올리브나무그리고 GM키위나무가소각처리되었다. 사실이나무들은저수고형나무의개발과곰팡이저항성도입을위해 1998년에승인을받고식재된것으로시험기간은 2008년까지였다. 연구책임자인 Eddo Rugini 교수는 2009년에포장시험을 2014년까지연장해달라고신청했으나 2010년 3월에거부당했다. 2012년현재약 14년간지속된이포장시험은유럽에서가장오래된 GM식물의포장시험이었다. 연구의최종결론을얻기수개월전에집행된이폐쇄및소각결정에대해 Eddo Rugini 교수는엄청난연구비가투입된소중한연구정보와자원이연기로날아갔다며유감을표시했다. 그러나이시험은 GM식물의화분비산을막기위해지붕등의시설을하도록개정된 2007년규정을비용문제로따르지않았을뿐아니라포장시험의연장거부에따른적법성문제까지가지고있었다. 4. 향후전망 화석연료를대체할신재생에너지로바이오연료가가장현실적이고경제적인대안으로부각되고있다. 특히미국을비롯한많은나라들이목질계바이오매스를이용한바이오연료생산기술의상용화에뛰어들면서바이오매스를안정적으로공급할수있는기반조성이필요하게되었다. 남아메리카, 아프리카그리고아시아에서는대규모식재가이루어지고있다. 그러나나날이증가하는수요를감당하기위해서는단벌기밀식재배가가능한 GM나무의개발과이용이필요하다. 실제로바이오매스생산량이크게증가된 GM유칼리나무가상업화에매우근접해있다. 뿐만아니라재질개선, 환경스트레스내성, 병저항성, 기능성물질생산그리고환경정화등의분야에서도 GM나무의개발과이용을위한다양한시도들이이루어지고있다. 이제곧 GM나무의대규모조림이현실화될것이다. 연 4,000억달러규모에이르는임산업이 GM나무에기대하는바가클수밖에없다. 그러나본격적인상업화를위해서는짚고넘어가야할부분이여전히많다. 무엇보다 GMO에대한사회 환경 생태적거부감을해소할수있는방안이필요하다. GM나무에는옥수수와콩같은 GM작물에서와동일한기술이적용되었지만사람들의우려가훨씬큰것이사실이다. 왜냐하면사람들이농경지보다숲에더큰애착을가지고있기때문이다. 1년만재배되는작물보다나무는훨씬오래살고, 꽃가루도더멀리확산되어의도하지않은환경오염에대한우려도더크다. 이러한문제를해결하기위해 GM나무의번식능력을차단시키는등의방법으로안전성을확보하기위한연구개발도꾸준히이루어지고있다. 이런노력들을통해미래의에너지수요에대응하고, 천연림의벌채를최소화시켜생물다양성을유지하면서, 멸종위기산림수종을복원하는것까지생명공학기술이크게기여할것은분명하다. 제 3 절나무등 276 www.biosafety.or.kr 277

제 4 절동물 제동물의생산방법으로생산되고있다. 이러한이유는복제동물생산기술이 GM 동물의생산성공률이높을뿐 만아니라복제과정에서유전자의과발현유도는물론기존유전자의발현을억제또는삭제가가능하기때문 이다. 그밖에체세포, 줄기세포, 정자, 또는바이러스를매개로유전자를주입하는방법등이 GM 동물생산에활 2012년노벨생리의학상공동수상자인존거든영국케임브리지대교수는지난 1962년개구리의내장세포에서추출한핵을성숙하지않은난세포핵으로대체하는데성공하여복제동물생산의가능성을제시하였다. 그리고윌머트등이 1997년복제면양 돌리 를생산하는데성공하면서 GM동물을보다효율적으로생산하게하여본격적인 GM동물의시대를열게하였다. 역사적으로 GM동물의생산은 1981년미국의고든 (Gordon) 등이최초로외래유전자가도입된 GM생쥐를생산하면서시작되었다. 그후지금까지수천종의 GM생쥐를비롯하여수백종의 GM가축이생산되었다. 특히복제동물의생산기술이개발되면서 GM동물의수는기하급수적으로증가하고있는실정이다. 한편전세계적으로형질전환동물보유량은대략 7000여종으로추정되며, 작년국내형질전환동물수입량은매년약 70여종 1만 7000여마리인것으로알려져있다. 그리고이들중에는지적재산권을획득한동물들도있으며, GM동물을상품화하여판매하거나주문자가원하는유전자만을조작하여 GM동물을생산하여주는생명공학회사들도세계적으로설립되어활발히운영되고있다. 그밖에대학이나연구소등에서는 GM동물만을효율적으로생산해주는전담부서 ( 예, 서울대학교실험동물자원관리원의형질전환동물센터 ) 를별도로두고운영하고있는실정이다. 지금까지실험동물에서는특정유전자의기능을이해하려고특정유전자를과발현시키거나아니면발현을억제시킨 GM생쥐를생산하여왔다. 또한사람의선천적, 후천적질병을연구하는질환모델은물론, 생체내에서일어나는분자수준의생리작용을이해하는도구로활용하기위한연구모델로무수히많은동물들이개발되었다. 그리고가축에서는생산성제고는물론고품질의축산물을생산할수있는가축으로개량하거나새로운물질의생산을목적으로 GM가축들을생산하여왔다. 그러나최근에는질환모델로 GM생쥐의한계를인식하고대동물 ( 소, 돼지, 면양등 ) 을이용하여 GM질환모델을개발하려는연구가활발히진행되고있는실정이다. 그밖에환자에게이식하려는이종장기의생산과질환모델을위한 GM동물들을개발하려는데많은연구들이수행되고있다. 이에본절에서는대동물을중심으로 GM동물의생산기술과현황, 그리고산업적인응용성에대해서서술하고자한다. 1. GM 동물연구개발동향 1997년복제면양 돌리 의생산이전에는 GM동물은주로특정유전자를수정직후에형성된수정란의전핵내로미세주입하는방법으로생산되었다. 그러나복제동물생산기술이개발된이후에는대부분의 GM동물은복 용되고있다 ( 그림 3-6-20). 지금까지다양한 GM동물의생산기술들은기본적으로유전자재조합기술과수정란조작기술을필요로한다. 특히목표하는유전자의발현형태에따라다양한유전자재조합기술이활용되고있다. 예를들어목표하는유전자의발현이증가된 외래유전자과발현동물 (Overexpression) 과외래유전자의발현을인위적으로조절할수있는 외래유전자발현조절동물 (Conditional expression) 을위한유전자재조합기술들이개발되었다. 또한동물이지니고있는특정유전자의발현이약 80% 내외로감소된 자체유전자의저발현동물 (Knock-down) 과특정유전자의발현을완전히제거한 자체유전자제거동물 (Knock-out) 들을생산하는기술도개발되었다. 최근에는하나의유전자만을조작하는것이아니라복수의유전자를한꺼번에조작한다중유전자가형질전환된 GM동물이생산되고있으며, 일본연구진은췌장이없는 GM돼지를생산하고다시재생시키는데성공하였다. 따라서 GM동물의생산기술은고전적인전핵미세주입법이나복제동물생산기술에 ZFN(Zinc finger nuclease) 및 RNA간섭 (RNA interference: RNAi) 방법을활용하는새로운기술이개발되면서더욱많은수의 GM동물들이생산되고있는실정이다. 그림 3-6-20 GM동물을생산하는데사용되는여러가지방법가. GM동물의생산기술최초의 GM동물이미세주입법에의해서생산된이후, 복제동물생산기술은물론줄기세포, 정자, 또는바이러스를매개로유전자를주입하는방법등이 GM동물생산에활용되고있다. 이러한다양한방법들은각각장단 제 4 절동물 278 www.biosafety.or.kr 279

점이있어서목표하는 GM동물의생산에따라지금도연구자들에의해서모두사용되고있으며, 새롭게개발된부수적인기술이접목되면서기술의효율성이높아지고있다. 특히, 기존의다양한 GM동물의생산기술중에서최근에가장주목받고있는기술은줄기세포를공여세포로활용하여 GM복제동물을생산하는기술이다. 생쥐의연구에서이미확립된줄기세포는일정한형태와기능을유지한세포라인으로체세포보다계대배양이편리하고유전자조작과정의선별과정에서생존율이높을뿐만아니라대량으로증폭하는데유리한것으로알려져왔다. 또한유전자의삽입및적중은자기재생능을가지고무한증식이가능하며체세포에비해상대적으로빠른증식속도를보이는줄기세포를이용하는것이효율적이라는것을입증하였다. 따라서 GM동물을보다효율적으로생산하기위하여동물의줄기세포를확립하려는연구가세계적으로활발히진행되고있다. (1) 재조합유전자의준비 GM동물을생산하기위해서는유전자의발현을유도하는프로모터, 외래유전자및각종목적에적합한 DNA 단편들로구성되어야한다. 이렇게준비된재조합유전자는배양중인세포에삽입하여외래유전자의과발현또는조건적발현이제대로이루어지는것을확인한후, 동물의세포에이식한다. 동물자체유전자의저발현 (knock-down) 또는제거 (knock-out) 유전자변형동물들을생산하는방법에서도유전자의재조합과정이필요하다. 다만, 프로모터를사용하지않고목표하는자체유전자에서발현되는 RNA와재조합유전자와결합하여 RNA의기능을상실하도록 RNA 절편을만들게하거나 ( 저발현의경우 ), 유전자의염기배열에부분적으로결합하여일부유전자의삭제또는돌연변이가생기게하여정상적인발현이일어나지않도록 ( 유전자삭제의경우 ) 작성한다. 여기에서도배양세포에서재조합유전자가목표한대로자체유전자를저발현또는삭제하였는지확인하고동물세포에이식한다. (2) 재조합유전자의이식기술동물의유전형질을변형시키기위해서는동물개체를구성하고있는모든세포에재조합유전자가도입되어야하므로수정직후의수정란전핵에유전자를주입하거나유전자가주입된세포를공여세포로활용하여복제동물을생산하여야한다. 또는유전자를정자, 줄기세포, 바이러스등을운반체로활용하여난자나수정란에이식한다. 이러한다양한방법들은각각장단점이있어동물의종이나목적에따라연구자들이적절하게선택하여사용하고있는실정이다. ( 가 ) 전핵미세주입방법전핵미세주입방법은재조합유전자를수정직후의수정란의전핵에미세조작기로주입하는것이다. 이방법을이용한 GM가축의생산성공률이 1% 이하로실험동물인생쥐의성공률인 5% 정도에비하면매우저조하다. 특히미세주입방법은산자수가적은가축에게는더욱성공률이낮다는단점이있어서최근에는크기가큰유전자 (100 kb 이상 ) 로 GM동물을생산하거나 GM생쥐의생산에서주로사용되고있다. ( 나 ) 핵치환복제동물생산기술의활용 1997년영국의윌머트 (Wilmut) 등이복제면양 돌리 를생산한이후대부분의포유동물들도복제가성공되면서복제기술이 GM동물을생산하는데폭넓게활용되고있다. 특히이기술은복제동물을생산하는과정에서외래유전자를공여세포에쉽게주입하고확인할수있어서 GM동물을보다효율적으로생산할수있다는장점이있다. 먼저복제대상의체세포를배양하고, 배양된세포에재조합유전자를주입한다음, 각종표시인자나약물처리로유전자가조작된공여세포들을선별한다. 그리고핵이제거된수정란에선별된공여세포를주입한후, 대리모에이식하여 GM산자를생산한다. 다른방법으로난자를양분하여핵이없는반쪽들사이에체세포를끼워넣고전기적자극을가하여하나의복제란을만들어대리모에이식하여 GM돼지를생산하는홈메이드방법 (Home made cloning) 도개발되었다. 따라서고가의미세조작시스템이없는실험실에서도연구자들이손쉽게홈메이드방법으로 GM동물을생산할수있게되었다. 최근줄기세포를공여세포로활용하는연구가활발히진행되면서다중유전자변형이나유전자의삭제, 과발현, 조건적발현및저발현등의다양한 GM동물들을생산할수있기때문에복제동물생산방법을가장많이사용하고있다. 여기서목적에따라재조합된유전자들은주로바이러스나리포펙틴등을이용하여공여세포에삽입한다. ( 다 ) 줄기세포활용방법 - 동물의줄기세포확립전분화능의줄기세포는크게배아줄기세포와역분화줄기세포로대별되며무한증식할수있는자가재생능력과모든조직의세포로분화가가능한세포이다. 배아줄기세포는 1997년세계최초로미국위스콘신대학의 Thomson 연구팀에의해인간의수정란으로부터분리 증식하여세포주를확립하였다. 그리고유도만능줄기세포는 2006년일본의 Yamanaka 연구팀에의해성체세포에다양한전분화능유도전사인자 (OCT4, SOX2, c-myc, KLF4) 를도입하여역분화줄기세포를확립하였다. 그밖에다양한형태의줄기세포를확립하여세포의분화및치료연구에활용되고또한복제동물의공여세포로이용되고있다. 따라서사람과생쥐에서확립된줄기세포의기술을바탕으로수년간많은연구자들에의해서면양, 돼지, 소, 염소, 닭등의가축에서도다양한줄기세포들을확립하려는연구가진행되고있는실정이다. - 줄기세포를활용한 GM동물생산과거에는이러한줄기세포를수정란에주입하면수정란의세포와응집하게되어태아로발달을하게되며, 이과정에서태아의여러조직으로분화하게되어키메라를생산한다음, 줄기세포유래의정자와난자가생산되면이들을다시교배시켜완전한 GM동물로만들었다. 그러나최근에는줄기세포를배양하면서특정유전자를과발현또는제거시킨다음, 재조합유전자가삽입된줄기세포만을선별하여직접복제동물의공여세포로활용하여 GM동물을생산하고있다. 최근미국에서는줄기세포를이용하여형질전환키메라돼지를생산하는데성공하였다. 제 4 절동물 280 www.biosafety.or.kr 281

- 정자매개유전자이식방법정자와난자의수정과정에서정자자체를유전자의운반체로활용하는방법으로주로전핵을볼수없는조류나성공률이낮은가축에서사용되었다. 이방법은단순히외래유전자를정자와공동배양한후직접난자에정자를주입하거나인공수정을통하여유전자변형동물을생산하는것이다. 그러나연구자마다상당히큰차이의성공률을보이며, 실험의재현성이결여되었다고지적되어왔다. 그러나최근연구자들은미성숙단계의정조정자세포에바이러스등을이용하여유전자를이식한후, 여기에서분화된성숙된정자를활용하는방법들이개발되었으며, 정소에서분리한정자줄기세포를활용하여 GM동물을생산하는방법도개발하였다. 특히 2012년일본의나가시마연구진은대형의재조합유전자 (~200kb 크기의세균인공염색체 (bacterial artificial chromosome, BAC) 와사람알부민유전자 ) 를난자세포질내로정자를직접주입하는기술로 GM돼지를생산하는데성공하여이기술이다시각광을받게되었다. - 바이러스매개유전자이식방법최근바이러스를이용하는방법은 GM조류를생산하는데활용되고있으며포유동물에서는거의사용되고있지않다. 다만바이러스벡터를직접동물의생산에사용하는것보다특정조직에직접주입하거나복제를위한공여세포또는정조정자세포, 줄기세포에재조합유전자를이식할경우에많이사용하고있는실정이다. 나. GM동물연구개발동향최근 GM동물의생산에관한연구동향은생산기술의효율을높이려는연구와 GM동물의활용성을다변화시키려는연구로대별된다. 생산기술의효율성을높이기위하여하나의유전자만을변형시키는기존의방법에서두개이상의유전자들을동시에변형시키는기술이개발되었다. 또한목표하는유전자를삭제하는기술도 1% 의성공률을보이는획기적인방법이개발되었다. 한편, 각종질환을연구하는모델을생산하려는목적에따라 GM동물들을다양하게유전자를변형시켜생산하고있으며, 이들의활용가치를높이기위해서실험동물인 GM 설치류뿐만아니라 GM대동물을생산하려는연구가매년급속히증가하고있는추세이다. 그림 3-6-21 최근 5년간다중유전자적중및삽입된 GM동물의생산에관한논문의편수 (212년 3월, 자체통계자료 ) ( 나 ) GM대동물의생산기술지금까지 GM대동물들은전핵미세주입방법, 정자매개이식방법, 및체세포핵이식방법에의해서생산되었다 ( 그림 3-6-21). 그러나연구자마다선호하는기술이다르고연구목적에따라적용하는기술이다르게사용되어왔다. 통계자료가정리된의생명연구를위한 GM돼지의연구개발현황을살펴보면모든기술이활용되고있으며그중에서도전핵미세주입방법과복제동물기술이제일많이사용되고있는추세이다. 복제동물의생산기술에서도기존의방법인난자의핵을제거한다음, 체세포를주입하는방법이주로사용되었지만난자를양분하여핵이없는반쪽들사이에체세포를끼워넣는홈메이드방법으로 GM돼지를생산하고있다., 전형적인복제기술 (Typical Cloning), 미세주입 (Microinjection), 정자매개유전자이식 (Sperm mediated gene transfer), 홈메이드복제기술 (Home made cloning) 제 4 절동물 (1) 유전자변형동물개발현황 ( 가 ) 다중유전자변환동물 2008년부터시작된다중유전자를변형시킨동물을생산하려는연구는 2A 펩타이드를이용한 polycistronic 벡터를활용하여진행되어왔는데주로이종장기를생산하려는연구자들에의해서많은연구가보고되고있다. 알파갈유전자적중세포주에인간면역억제유전자들을동시에삽입하여발현시키는것이현재세계적연구의흐름으로최근 5년의연구동향을분석한결과, 다중유전자삽입기술인 2A 단백질을사용한논문의수가증가하고있는실정이다 ( 그림 3-6-21). 특히 2011년호주 Nottle 연구진은 CD39, CD55, CTLA4, Trombomodulin 등의다중유전자가삽입된형질전환돼지를생산하는데성공하면서다중유전자제어가능성을제시하였으므로향후더욱활발하게연구가진행될것으로예상된다. 그림 3-6-22 GM 돼지생산기술의변화 (Luo 등, 2012 년 ) 282 www.biosafety.or.kr 283

( 다 ) 유전자발현이삭제된 GM동물의생산최근이종간장기이식에서면역거부반응을일으키는주된항원이나우유에함유된알레르기유발락토글로브린을제거하기위한연구가활발히진행되고있다. 특히목표하는유전자를삭제하는기존의기술은성공률이 0.0001% 이하였으나, 최근 ZFN(Zinc Finger Nucleases) 시스템이나 TALEN(Transcription activator-like effector nucleases) 시스템을이용하여약 1% 의성공률을보이는새로운기술이개발되었다 ( 그림 3-6-23). 또한최근에밝혀진 RNA 조각들중에서유전자의발현을조절하는소형RNA을활용하여목표하는유전자의발현을완전히제거하거나일부만감소시키는연구도많은연구자들에의해서진행되고있다. 수있다. 최근연구자들은근육성장인자를변형시켜서생산한 GM면양과 GM소는근육의양과질이우수해졌다고보고하였으며, 오메가-3 지방산이함유된돼지와소를개발하기도하였다. 또한광우병을유발하는프리온을완전히제거한 GM젖소를비롯하여라이소자임을분비하는염소, 그리고바이러스백신을분비하는토끼가개발되었다. 뉴질랜드연구진은우유에함유되어있으면서알러지를유발하는락토글로브린이전혀분비하지않는젖소를생산하는데성공하였다. ( 나 ) 유용생리활성물질생산 국내에서가축을이용한유용생리활성물질생산분야는 1997 년한국생명공학연구원, 건국대학교, ( 주 ) 두산 농산등과공동연구로모유성분인인간의락토페린을유즙으로분비하는 GM 젖소를생산하면서시작되었다. 그림 3-6-23 새로운 ZFN 유전자삭제방법의효율성증가 HR(homologous recombination, 상동염기서열간재조합 ): 한쌍의 gal 유전자중한개만삭제, ZFN(Zinc finger nuclease): 한쌍의 gal 유전자모두삭제 (Niemann and Lucas-Hahn, 2012년 ) 그동안조혈촉진인자, 백혈구증식인자, 성장호르몬등다양한유용물질을유즙이나오줌으로분비하는 GM가축들이개발되어왔다. 최근에는충남대학교연구진은류머티스관절염치료물질을발현하는 GM돼지를생산하였으며, 국립축산과학연구원에서는암환자의치료보조제인 G-CSF를생산하는 GM돼지와항산화유전자가삽입된 GM닭을생산하는데성공하였다. 또한국내연구자들은조혈촉진인자를필요할때만인위적으로분비하게하는 GM닭을생산하였다. 국외의연구자들도최근사람의락토페린이분비되는젖소를개발하였으며 ( 중국, 핀란드 ), 각종유용한효소를분비하는 GM동물을생산하였다 ( 미국, 중국, 독일, 뉴질랜드 ). 그리고일본의연구자들은인간의알부민을혈액으로분비하는 GM돼지를생산하였다. 제 4 절동물 (2) 유전자변형동물연구동향최근 GM동물의산업적인가치와향후발전가능성이크기때문에, GM동물의산업화를위한연구에정부는물론생명공학회사들의집중투자가이루어지고있는실정이다. 특히 20년전부터예상해온 GM동물의응용분야및이용범위가변하지않고많은연구자들에의해서산업화가능성이입증되면서경쟁이심화되고있다. 특히새로운기술이 GM동물의생산과정에접목되면서 GM동물의생산성공률이크게증가하게되어더욱많은연구가추진되고있다. 이미상당수의 GM동물들은이미지적재산권을확보하였으며국내에서도조아제약과국립축산과학원연구팀이개발한 GM돼지의생산기술인베타카제인유전자와프로모터및프로모터를이용한발현벡터, 발현벡터를이용한목적단백질의제조방법에대한미국특허를취득하는등 GM동물의지적재산권을확보하는데주력하고있다. 통계청자료에따르면국내동물관련특허출원이 2000년이후연 20여건이상으로증가하고있는추세이다. ( 가 ) 가축의개량가축을개량하는데유전자변형기술및복제동물생산기술이응용된다면육종기간의단축은물론생산성 ( 다 ) 질환연구모델동물질환모델동물은질환의원인이되는유전자의기능규명은물론발병과정을이해함으로써치료제의개발을용이하게한다. 또한이러한동물들은새로운치료제의효과와독성및부작용검증을하는데도활용된다. 그동안 GM동물의생산기술이발달되면서아직약물이나치료방법이개발되지않은불치병을연구하기위하여개발되어왔다. 특정질환관련유전자의과발현, 저발현, 조건적발현또는제거된 GM모델동물들이다양하게생산되어오고있다. 또한기존의 GM설치류를주로질환모델로생산하였으나해부학, 생리학적차이등많은제한이동반되는단점을보완하기위하여최근에는 GM돼지를질환모델로개발하려는연구가활발히진행되고있다 ( 표 3-6-18). 이러한질환을연구하기위하여개발된 GM동물들은질환을연구하는수준을낮추어유전자나단백질수준에서발병원인을규명할수있다. 또한신약투여등으로치료한다음, 실시간으로치료과정의추적이가능하여부작용을최소화시킬수가있다. 따라서 GM질환모델동물은앞으로의약산업의발전에크게기여할것으로예상하고있다. 이향상된우수한가축을단기간에생산할수있다. 즉, 성장속도가빠른가축, 고품질의양모를생산하는면 양, 고급우유나고급육을생산하는가축, 내병성이증강된가축, 사료효율이향상된가축의개발등을예로들 284 www.biosafety.or.kr 285

질환유전자조작형질전환기술 헌팅텅질환 Mutant Huntington (HTT) Mutant Huntington (HTT) 미세주입 체세포복제 알츠하이머질환 Amyloid precursor protein (APP) K670Nt/M671L 체세포복제 중추근육위축증 Survival motor neuron (SMN)+/- 체세포복제 심혈관질환 Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-/- Endothelial nitric oxide synthase 3 (enos3) Catalase (CAT) 체세포복제 체세포복제 체세포복제 Apolipoprotein CIII (ApoCIII) 체세포복제 당뇨병 ( 유아3형 )) Hepatocyte nuclear factor-1 homeobox A, dominant negative (HNF1dn) 체세포복제 제2형당뇨병 Glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor (GIPRdn) Lentivirus 매개 Rhodopsin, mutant P347L (RHO P347L) 미세주입 망막색소증 Rhodopsin, mutant P23H (RHO P23H) 체세포복제 스타가르트망막색소세포 Mutant elongation of very long chain fatty acids-4 퇴행증 (ELOVL4) 미세주입, 체세포복제 Breast cancer Breast cancer associated gene 1(BRCA1)+/- 체세포복제 ( 라 ) 이종장기생산용동물 표 3-6-18 질환모델을위한 GM 돼지의생산현황 최근외과적인수술에의한장기의이식기술이발달하면서이식용장기의절대부족현상이국내외적으로심각 한상황이계속되고있는실정이다. 2010 년기준으로미국에서약 15 만명의환자가장기이식을기다리고있고국 내에서도 2012 년 21,000 여명의환자가장기이식을기다리고있다. 실제로장기이식을받는환자의수는이가운데 겨우 20% 내외에불과하고, 국내환자의경우, 이식을대기하는평균시간은 1,298 일이다. 따라서이러한이식장기 의수요, 공급의불균형을해결방법은기증장기의수를늘리는것이지만현실적으로불가능하여대체장기의생산 이시급히요구되고있다 ( 표 3-6-19). 하버드대학교의야마다연구진 (2006 년 ) 은 GM 돼지의장기를원숭이에이식하여 6 개월동안생존시키면서돼지 의장기를사람의대체장기로이용할수있는가능성을제시하였다. 그후, 지금까지국내외의많은연구자들이돼 지와원숭이를이용한이종장기이식을위한임상실험을진행하고있다. 국내에서는서울대학교와건국대학교연구진들은무균돼지시설에서매년수백마리의소형무균돼지를생산 하여임상을위한실험을실시하고있다. 또한단국대학교, 국립축산과학원등과의공동연구로 α- 갈락토시다제유 전자가삭제되거나면역거부반응을억제하는유전자가발현하는 GM 돼지를개발하여본격적으로이종장기의시대 를열것으로기대하고있다. 전체이식대기자 고형장기이식대기자 이식승인 구분 고형장기 골수, 각막 신장 간장 췌장 심장 폐 생체, 뇌사 2008년 10,709 6,703 7,641 2,596 314 127 31 1,641 1,140 2009년 12,520 4,523 8,488 3,501 373 138 20 1,839 1,130 2011.12 16,764 5,097 10,964 4,895 532 257 88 1,997 1,528 표 3-6-19 국내장기이식현황 ( 출처 : 국립장기이식관리센터 http://www.konos.go.kr/) 2. GM동물개발현황가. 국내 GM동물개발현황 국내 GM동물의개발은 1987년사람의성장호르몬이함유된유전자변형생쥐가한국생명공학연구원의이경광박사팀에의해개발된이래여러연구기관들과대학교등에서 GM동물이생산되었다. 특히질환모델로개발된 GM생쥐의수는너무많아서특별한경우가아니면논문으로발표되지않기때문에파악이불가능할정도이다. 최근국내연구자들은이종장기를생산하는 GM돼지를생산하는데집중적으로노력하여상당한성과를나타내고있다. 2010년최초로 α1,3-gal이제거되고 MCP 유전자가과발현된 GM돼지 ( 지노 ) 의생산을필두로면역거부반응극복에관련된유전자들을형질변환시킨 GM돼지가생산되고있다 ( 표 3-6-20). 특히국립축산과학원연구진은지노의후대를계속해서생산하여 2세대믿음이, 그리고 3세대소망이를생산하는데성공하였다 ( 그림 3-6-24). 이중 3세대소망이는 α1,3-gal의제거는물론초급성면역거부반응의유전자인 MCP와 CD73 이과발현하는다중 GM돼지로이종이식할때나타나는초기면역거부반응이완벽하게제어되었다. 따라서이들연구진은소망이의심장과신장을원숭이에게이식한다음, 각각 24일, 25일간생존하는것을확인하였다. 따라서이종장기이식후, 몇시간안에발생하는초급성면역거부반응을극복하였다고보고하였다. 또한서울대학교연구진들은이종장기를이식할때빈번히발생하는합병증을제어할수있는항염증 GM돼지를개발하였다. 이들돼지는이종이식후에염증을발생시켜면역거부반응을일으키는종양괴사인자를차단하는특정한단백질 (stnfri-fc 융합단백질 ) 이발현된다고보고하였다. 제 4 절동물 286 www.biosafety.or.kr 287

이종장기생산용 GM 동물이외에충남대학교의연구진은류머티스관절염치료물질 (TNF-α receptor inhibitor) 의유전자를가진 GM 돼지를생산하였다. 또한식품의약품안전평가원의연구자들은활성산소를억제하는인 면역관련유전자확보 면역제어형질전환돼지생산 바이오장기영장류이식 바이오장기인간이식 간의셀레노단백질 M의유전자를발현하는 GM랫트를세계최초로개발하여특허를등록하였다고보고하였다. 그리고해파리의형광유전자를삽입하여형광을나타나게하는닭, 개와한우가생산되었으며, 유용물질을 Stage1 Stage2 Stage3 Stage4 생산하는돼지와닭이개발되었다 ( 표 3-6-20). 나. 국외 GM 동물개발현황 지노 (2009) 믿음이 (2010) 소망이 (2011) 영장류이식 그림 3-6-24 이종이식기술의단계와면역거부반응을극복하기위한 GM돼지의후속생산과정및영장류이식 ( 국립축산과학원제공 ) 연도 개발기관명 가축 주요내용 2012 국립축산과학원 돼지 α1,3-gal 제거및 MCP과발현, 3세대, 원숭이이식 2012 충남대학교 돼지 TNF-α 수용체억제인자발현 2012 충북대학교소형광유전자발현한우 2011 서울대학교개형광유전자조건적발현비글 2011 국립축산과학원돼지 α1,3-gal 제거및 CD73 과발현, 2 세대 2011 서울대학교돼지종양괴사인자발현 2011 ( 주 ) 엠젠돼지인간 DAF 와 US11 발현 2010 서울대학교닭원시생식세포매개형광유전자도입 2010 서울대학교메추리인간인터루킨 -1 수용체생산 2010 대구가톨릭의대닭인간 EPO 생산 2010 식품의약품안전평가원랫트인간셀레노단백질 M 유전자발현 2010 단국대의대돼지인간 CD59 발현 2010 국립축산과학원돼지 α1,3-gal 제거및 MCP 과발현 2010 조아제약돼지인간성장호르몬발현 표 3-6-20 국내 GM 동물개발현황 1990년대부터 GM동물의상업화가가능하다고예상한생명공학회사들을중심으로지금까지다양한 GM동물들이개발되어왔다. 과거 20여년간대부분의연구자들은질환모델또는유용생리활성물질의생산을목적으로 GM동물을생산하였고, 2000년대부터시작된이종장기이식연구의활성화로인하여면역거부반응을극복하려는차원의연구가활발히진행되고있는실정이다 ( 표 3-6-21). 미국은 1981년최초로 GM동물의생산기술을개발하였으며, 전세계에있는수천종의 GM동물중약 50% 를보유한국가로지금까지다양한질환모델들을생산하였으며, 이와더불어이종장기생산용 GM돼지의생산과이종이식실험을주도하고있다. 최근하버드대학교연구진은 α1,3-gal 유전자의제거와면역보체조절유전자 4개의삽입이동시에이루어진다중 GM돼지를생산하여임상실험을수행중이다. 또한, 세계최초로조지아대학의연구팀은돼지의유도만능줄기세포를이용하여형질전환키메라돼지를생산하였고, 캘리포니아대학에서는인간라이소자임의발현이월등히증가된염소를생산하여상업화를위한후속작업을추진하고있다. 그리고북캐롤라이나대학에서는스타가르트병 ( 망막색소상피세포의퇴행 ) 의연구에필요한질환모델로 GM돼지를개발하였으며, 텍사스 A&M 대학교에서는근육성장조절인자, Myostatin의유전자를소형RNA 방법으로제거된소를생산한결과, GM소에서육질과육량이높아졌다고보고하였다 ( 그림 3-6-25). 제 4 절동물 그림 3-6-25 근육성장조절인자의유전자가삭제된소 ( 오른쪽 ) 와정상적인소 ( 왼쪽 )(Tessanne 등, 2012 년 ) 288 www.biosafety.or.kr 289

국가 연도 연구진소속 개발현황 2012 하버드의대 면역거부반응극복을위한 5개유전형질변형돼지 2012 텍사스 A&M 대학 Myostatin 유전자가제거된소 2011 캘리포니아대학 인간라이소자임생산염소 미국 2011 북캐롤라이나대학 망막상피퇴행-스타가르트병모델돼지 2010 피츠버그대학 α1,3-gal제거및 CD46발현돼지 2010 조지아대학 돼지 ips를이용한키메라돼지 영국 2011 케임브리지대학 / 로슬린연구소 조류독감저항닭 2012 도쿄대학 췌장제거 / 재생성된돼지 2010 나고야대학 원시생식세포매개형광닭 일본 2010 규슈대학교 인간 EPO생산닭 2010 가고시마대학 프리온억제육우 2012 지린대학 인간 apolipoprotein 발현돼지 2011 북경대학교 인간락토페린생산젖소 2011 중국농업대학 인간라이소자임생산돼지 중국 2011 중국과학원 다중유전형질전환돼지 2010 난징농업대학교 인간 glucosidase 생산염소 2010 Huzhou Teachers College 정자줄기세포매개형광닭 2010 중국농업기술원 오메가3 지방산함유돼지 전자발현율을향상시킨프로모터를이용하여혈액생산에관여하는조혈인자인사람의에리슬로포에틴 (EPO, Erythropoietin) 을분비하는유전자변형닭을생산하였다. 특히최근가고시마대학에서는광우병을유발하는프리온을억제시킨젖소를개발하였다. 그리고일본도쿄대연구팀은유전자조작으로췌장이없는돼지를생산하고그태아로부터체세포를채취하고복제기술을이용해배아를만든다음, 정상적인돼지의배아의할구를삽입시켜키메라배아를만들어대리모에이식하여생산한돼지에서다시정산적인췌장이생성되게하는데성공하였다. 따라서이러한결과, 재생의료용으로사람의장기를동물의체내에서생산하는연구의기초가되는성과로높이평가되고있다. 중국에서도국가적지원과사회적관심으로인해유전자변형동물생산연구가활발히진행되고있다. 2010 년세포와기관에지방이축적되는유전질환인가우처 (Gaucher) 병의치료물질 (acid beta-glucosidase) 을분비하는염소를개발하였다. 또한인간의락토페린을과발현하는젖소는물론오메가3 지방산, 인간라이소자임을발현하는 GM돼지들을생산하였다. 이밖에도, 유전자변형조류생산의효율을높이기위하여정자매개유전자변형닭의생산방법도개발하였다. 독일을비롯한호주, 캐나다, 콜롬비아, 스페인, 스웨덴등에서도장기이식용유전자변형돼지를안정적인기술로생산하고있거나, 유용생리활성물질의생산및유전자변형동물생산효율의개선을위한연구가활발히진행중이다. 특히뉴질랜드연구진은소형RNA를이용하여우유의알레르기성분인락토글로브린은전혀분비하지않고카제인을 2~3배많이분비하는 GM젖소를생산하였다. 기타많은국가에서도비록괄목할만한연구결과는발표하지는못했지만, 지속적으로 GM동물의생산에관한많은연구가진행되고있다. 제 4 절동물 독일 2012 L-M 뮌헨대학인간 TRAIL 발현돼지 2012 L-M 뮌헨대학선천성당뇨병모델돼지 3. GM 동물상업화현황 2011 Friedrich Loeffler Institut 줄기세포특이형광발현돼지 2012 에들레이드대학 면역거부반응극복을위한 5개유전형질변형돼지 호주 2010 멜번대학 인간 thrombomodulin 발현생쥐 캐나다 2010 컬프대학 미생물의인분해효소발현돼지 (Enviropig) 뉴질랜드 2012 농업연구소 락토글로브린이제거된우유생산젖소 스페인 2010 Murcia 대학교 정자매개형광돼지 핀란드 2010 헬싱키대학 인간락토페린생산젖소 표 3-6-21 국외 GM동물개발현황 영국의케임브리지대학과로슬린연구소는조류독감저항성유전자변형닭을생산하는데성공하여산업화를 눈앞에두고있으며, 이에대한특허도출원하였다. 일본의나고야대학에서는지금까지낮은유전자변형조류 생산의성공률과효율성을향상시키기위하여정자와원시생식세포매개의유전자변형닭을생산하였으며, 유 1980년대초반단순세포의유전자재조합기술이상업화로이어지면서고등동물을이용한인간에유용한치료용단백질생산방법을찾게됐고 1981년미국오하이오대고든J W연구팀에의해동물의유전자를쥐에이식한형질전환생쥐를세계최초로생산했다. 이후발전을거듭해 2008년미국의바이오벤처회사인 GTC사는사람의항혈액응고제 (Antithrombin III) 를산양의젖에서생산하였으며, 2010년에는정부의허가를받아상품화하는데성공하였다. 이것은 GM동물을이용한바이오신약생산기술에대한보다많은관심과신뢰를갖는데결정적으로작용하였다. 그럼에도불구하고상업화에실패한경우도있다. 돼지의배설물에포함된인은주요환경오염원으로알려져이를최소하려는노력으로미생물의인분해효소인파이타제의유전자를삽입하여유전형질을변화시킨 GM돼지 ( 그림 3-6-26) 를캐나다걸프대학연구진이개발하였다. 이 GM돼지는섭취한인을효율적으로분해하여인의자체흡수는물론환경오염을줄이는효과가입증되어캐나다정부로부터사육허가뿐만아니라특허권까지확보하게하였다. 그리고특허권을가진걸프대학은 GM돼지의생산물을식품으로상업화하려고시도하였다. 그러나 GMO를반대하는사회단체의극렬한반 290 www.biosafety.or.kr 291

대와함께시민사회의반대여론이심하여투자자를구하지못해결국상업화를포기하고 GM 돼지인 Enviropig 를안락사시켰다. 따라서향후국내외에서 GM 동물의상품화를위해서는대중적인지지와안전성을입증하는 과정이반드시있어야한다고보고있다. 제 5 절곤충 곤충은매우짧은생활사를갖고있으며상대적으로간단한유전체구조를갖고있는특징이있어서예전부 터유전학및유전체연구의발전에큰기여를한동물계의한분류군이다. 특히, 큰염색체를갖고있는초파리 는약 100 년전부터실험동물로이용하여왔고, 유전학분야를발달시켰던곤충이다. 최근에는 GM 초파리를이 용하여비만, 당뇨등인간의질병과관련된연구가활발하게진행되고있다. GM 곤충을개발하는목적은크게 세가지를들수있다. 첫번째는질병의원인을유발하는질병매개자로의역할을제한하게함으로써질병을 3. 향후전망 그림 3-6-26 섭취한인을효율적으로분해하도록미생물파이타제가생산되는 GM돼지 (Enviropig)(The Globe and Mail, 2012년 9월 6일, 뉴스자료 ) GM동물의개발은기존동물의이용효율을획기적으로극대화시킬수있는기술로인류의복지증진은물론산업적으로크게활용될것으로연구자들은예상하고있다. 또한미국의국가조사위원회 (NRC, National Research Council) 와식품의약국 (FDA, Food and Drug Administration) 은정상적인동물과복제된동물에서유래한제품들사이에는어떠한차이도존재하지않는다고보고하였다. 그럼에도불구하고캐나다에서개발된 GM 돼지 Enviropig의상업화포기선언은우리에게시사해주는바가크다. 첨단기술에의해서어렵게생산된 GM 동물의제품을상품화하지못할경우, 많은연구자나투자자들은지금의연구추진을중단할것으로보고있다. 따라서복제및형질전환동물의연구개발을보다더활성화하기위해서시민들이 GM제품을수용할수있도록정부와산업체그리고연구자들의홍보와안전성연구에보다많은노력이필요하다고본다. 상술한바와같이, GM동물생산기술의산업화는동물산업제품의부가가치를향상시킴과동시에학문적발전에도크게기여할것으로예상된다. 또한생명공학기술의발달과함께 GM동물생산기술의효율성은물론활용도가해마다높아질것이며, 그만큼생산비용이절감되고수요가많아질것으로보고있다. 특히, 일반시민의합의와는비교적거리가있는이종장기생산용 GM돼지와질환치료연구용 GM동물모델의개발은연 200% 씩증가할것으로전문가들은내다보고있다. 따라서국내 GM동물의생산기술이세계시장을선점하기위한정부의장기적인목표설정과정책지원이절실히필요하며, 아울러연구자들도보다효율적인연구를위해서학문영역간의상호협조와보완을위한공동연구노력으로 GM동물들을생산하여야한다고본다. 차단하자는것이고두번째는곤충으로부터의단백질과같은유용물질등을생산할수있게하는것이며, 세번째는초파리같은실험모델곤충을활용한인체대용실험등이다. 이러한목적으로현재 GM곤충의연구는국내외적으로매우활발하게진행중이다. GM곤충을만드는방법에는여러가지기술이있지만크게두가지범주로구분할수있다. 첫째, 곤충의유전자를직접적으로변형시키는것이다. 이기술은병원체-저항, 불임, 또는목표하는다른특성을표현하는곤충의유전자를선택하여원하는특성의유전자로대체하여형질전환곤충을만드는것이다. 두번째는곤충의내장에서식하는박테리아를이용하여변형시키는공생미생물유전자조작 (paratransgenesis) 이다. 하나의예로, 이기술을사용하여연구자들은질병전송주기를중단시키는곤충의공생미생물을변형시킬수있다. 현재 GM동물연구분야는여전히선진국인미국과유럽등이많은연구를통해관련논문과기타리뷰등을발표하고있지만, 형질전환초파리분야에서는국내의연구가네이처 (Nature) 지에실리는등국제적수준을보여주고있다. 형질전환기술이개발된이래로지금까지는, GM곤충의개발에목적을두었다면, 앞으로의 GM곤충분야는개발된 GM곤충의야외방출실험을포함한여러실용적인결과를얻으려하기때문에, 이에따른안전성검증및기타위해성평가결과를토대로사업화를모색하는것이큰이슈가될것으로본다. 1. GM곤충연구개발동향가. 국내 GM곤충연구개발동향 국내의 GM곤충에대한연구에서, 초파리의경우선진국과비슷한수준으로평가되고있으며, 실험용모델생산및신약개발을위한연구가진행중이다. 특히우리나라대표적산업곤충인누에의경우, 누에실크를활용한인공고막개발등과같이현재인체유용단백질생산등생체공장화기술개발연구가진행중에있다. 농업해충류에대한 GM곤충개발연구는주요해충에자살유전자를도입하는방법등을적용하고있으나, 위해성등의문제점으로제한된공간에서만이실험이진행되고있는실정이다. 제 5 절곤충 292 www.biosafety.or.kr 293

(1) 농촌진흥청형광GM누에 2009년이후부터누에관련산업의주요핵심연구를진행해온농촌진흥청잠사양봉소재과는독자적인누에형질전환원천기술을개발하였으며, 이를토대로농가보급이가능한누에실용품종을대상으로세계최초로 GM누에개발에성공하였다. 또한누에알과유충에서형질전환체의동시선발이가능한프로모터를개발하여기존형질전환체선발에소요되는비용과노동력을대폭절감시켰다 ( 그림 3-6-27). 이형질전환기술은원시생식세포 (primordial germ cell) 의위치에기반을둔누에알의최적미량주사위치를규명함으로써형질전환효율을초파리의 20~50% 의형질전환효율에버금가는 25~75% 까지향상시켰다. 기존프랑스에서개발한누에액틴3 프로모터 (A3) 에비하여높은재조합단백질생산능력을가지는누에자체프로모터인 bhp32, bef-1α 및 bhsp70 3종을개발하였으며, 토종누에핵다각체바이러스에서단백질의약품등다양한유용단백질을대량생산할수있는엔핸서 (HR3) 를개발하여, 단백질의약품등유용단백질을대량생산할수있는기반기술을개발하였다. 또한, 고부가가치실크섬유산업육성을위해녹색형광실크를생산하는 GM누에를개발하였다. 이와관련하여 GM누에에대한정보를나열하여설명해보았다. 불월년화가유도되었다. 불월년란은월년란에비해부화율, 상족률및화용비율에있어큰차이가없었다. 또한월년란과불월년란을구별하기위한마커로곤충휴면관련유전자 DDC(dopa decarboxylase) 의발현정도를 RT-PCR로분석한결과번데기말기 (8~9일째) 에 5~10배과발현되어구별이가능하였다. 불월년란의형질전환누에제작시부화율을비교한결과불월년란으로유도된월년란이 40~70%, 인공부화처리한월년란은 10~30%, 다화성누에 HM은 30~50% 로기존방법에비해우수했다. 3 농진청에서는누에의배양세포형질전환시스템을구축하여, 인간에게사용할수있는생체활성물질이누에의배양세포또는누에의생체에서재조합단백질형태로생산되어단백질치료제로사용되도록하였다. 미생물과효모를이용한재조합단백질발현은조작이간편한장점이있지만비활성당단백질생산으로불활성화되고, 동물세포에서는높은생산비용과긴생산시간이요구된다는단점이있다. 4 누에생체고발현유전자프로모터가도입된고효율형질전환시스템을사용하여누에유충에도입, 형질전환체를선발하고그특성을분석하였다. 성충누에의인공수정기법을이용한이새로운외래유전자도입법은 GFP발현효율뿐만아니라실험시간및준비시간의단축, 작업의고능률및생력화등기존방법보다장점이많 1 고유전이인자개발및인간조혈촉진단백질생산가능한 GM 누에가특이발현하는유전자프로모터를개 발하기위하여, 원시세포가존재하는누에의등쪽으로현미주사법 (microinjection) 기술을시도하였고, 그결과 기존의방법보다형질전환체생산효율이훨씬더높아졌다. 또한 G1 세대에서녹색형광을나타내는누에유충 은새로운형광 GM 누에생산시스템을구축하였다 ( 그림 3-6-28). 제 5 절곤충 은약 29.4% 였고, 이러한결과는약 10% 전후인기존방법에비해더발현이향상된결과이다. 그러므로이러한 기술은누에의형질전환체생산의효율성을높여주고, 비용과시간을줄여줄것으로기대하고있다. 원시세포핵 흡입 압력 파이펫을잡는거치대 DNA 가들어있는용액 파이펫주입 그림 3-6-27 원시세포가존재하는누에의등쪽으로현미주사법을이용하여 DNA 를세포내의핵으로주입하는모식도 2 양잠농가에장려품종으로보급되고있는백옥잠 ( 잠 123 잠 124) 과원종인잠 124 의월년란을불월년란화 하기위한처리조건을구명한바산란후 40~60 시간째에온도는 15~20, 조명은암 (0L : 24D) 처리로 100% 그림 3-6-28 녹색형광실크를생산하는형광 GM 누에 294 www.biosafety.or.kr 295

(2) 위생곤충류및농해충류위생곤충이란인체에직 간접으로해를주거나, 의학과위생학에관계가있는곤충들을의미한다. 질병을매개하는관점에서곤충뿐만아니라진드기와같은절지동물들도포함된다. 위생곤충은생태적으로흡혈성곤충, 기생성곤충, 병원전파매개성곤충, 불쾌곤충등으로나눌수있다. 이중에서 GM곤충으로연구중인것은주로병원전파매개성곤충류와흡혈성곤충류가사용되고있다. 초파리의기관발달에 14.3.3s의기능을조절하는것을밝혀냈으며, 초파리배아발생시극성을조절하는막전달단백질 (transmembrane) 인크럼 (Crb, Crumbs) 이성장을조절하는역할도한다는것을알아내었다. 전남대소속연구진들은 GM초파리를이용하여돌연변이파리의뇌에서 DRD(Drosophila drop-dead) 단백질이감소하는것을밝혀 DRD 돌연변이파리의뇌퇴행의원인을밝힐가능성을열었다. 또한 Brain-Gal4 돌연변이초파리 를이용하여중추신경회로에서의통증중재프로세스를설명하였다 ( 그림 3-6-29). 2010 년부터시행하고있는보건복지부질병관리본부에서주관하는기후변화매개체감시거점센터가전국권 역별 ( 강원권, 경기권, 영남권, 제주권, 호남권 ) 로유치됨에따라병원전파매개성곤충류인모기및진드기등의 발생빈도를감시하고매개체들의전파질환병원체의감염률을분자생물학적방법을통해전수조사를실시하 고있다. 이렇게조사된감시결과는매개체의발생률변화전파질환의확산및유입을감시할수있게해준다. 이를통해추후방제체계를구축할수있는근거자료로활용이될수있으며, 질병매개체감염병의전파에대 한효과적인대처가가능해질것으로기대하고있다. 농해충의경우지역의농업기술원의해충연구팀을중심으로농업에영향을미치는해충들을목록화하고방제방안등을제시하여피해를줄이는노력을기울이고있다. 하지만, 감염매개체곤충의전수조사및농업해충방제를위한연구인력이부족하고, 이제겨우결과데이터축적을시작한위생곤충분야와약제및친환경농업등의방법을이용하여방제중인농해충분야의국내수준에서이들곤충에대한형질전환기술및관련연구는힘들어보인다. 그러나꾸준히데이터를축적해나가고연구인프라가확보되어전문가가양성된다면위생해충및농해충분야에서도 GM곤충을생산할가능성이있으리라생각된다. 위생해충및농해충외의곤충류중가장연구결과가축적되고발전한 GM초파리는국내 외유명논문지 1. 형질전환초파리 2 만 7 천종류의행동을분석하여파이렉시이유전자발견 2. 개구리알에서이유전자단백질의전기생리학적특성분석 3. 사람세포에서이유전자단백질의분자기능조사 4. 이유전자를파괴시킨초파리와이유전자의기능을강화시킨형질전환초파리를만들어서파이렉시아의유전자의신경보호기능규명 제 5 절곤충 에다양한결과들을게재하고있다. 최근한국과학기술대학 (KAIST) 의생명과학과최준호교수및이종민연구 원팀은미노스웨스턴대신경생물학과라비알라다교수팀과공동연구를통해 24 시간을주기로반복적으로일 어나는행동유형인 일주기성생체리듬 을조절하는새로운유전자를발견하였다. 연구진은형질전환초파리를 그림 3-6-29 뇌신경보호유전자파이렉시아의발굴과정 대상으로 4 년동안실험한결과뇌의생체리듬을주관하는신경세포에서기존에알려지지않았던유전자를발 견하고이를 투엔티 - 포 (Twenty-Four) 라고이름붙였다. 연구에따르면투엔티 - 포는기존에알려진생체리듬 조절유전자들과작용기전이다르며, 생체리듬을조절하는중요한유전자인 피리어드단백질 에영향을미치는것으로알려졌다. 또한신경생물학분야에서권위있는뉴런 (Neuron) 지의 2013년 2월 22일자에게재된서울대이승복교수연구팀의연구는초파리에서유전성하반신마비의원인유전자에이상이생기면 BMP 신호가과도하게전달되고이로인해신경세포가사멸함을구명했다. 이연구를위해유전성하반신마비의한형태인트로어 (Troyer) 증후군의원인유전자스파틴 (Spartin) 이제거된유전자변형돌연변이초파리모델을만들었다. 이밖에도 2012년도국제초파리학회에발표된초록들을바탕으로현재의 GM초파리연구들을살펴보았다. 한국과학기술원과미네소타대학의협동연구로초파리의자가탐식유전자 (autophagic gene) 를선별하였으며, 한국과학기술대학 (KAIST) 의연구진들은전사조절종양단백질 (TCTP, Translationally Controlled Tumour Protein) 이 나. 국외 GM곤충연구개발동향 (1) 초파리의유전자변형연구초파리는약 100년전부터실험동물로써이용되면서초기유전연구에서실험동물로사용되었으나, 최근에는 GM초파리를이용하여비만, 당뇨등인간의질병과관련된연구가활발하게진행되고있다. 유전자변형초파리를이용한분야는매우다양하며, 신경질환연구, 면역질환연구, 생리학적연구, 독성연구, 퇴행성질환연구, 그리고비교및기능유전체학연구의모델로널리사용되고있다. 초파리를이용한연구를발표하는국제초파리학회심포지엄 (2012) 에서각연구분야별로 700건이상의연구발표가있었다. GM초파리를이용한연구분야는다음 ( 표 3-6-22) 과같다. 296 www.biosafety.or.kr 297

유전자변형초파리를이용한연구분야 Cell Biology and Cytoskeleton Immunity and Pathogenesis 유전자변형초파리를이용한연구분야 Chromatin and Epigenetics Pattern Formation 5 목화씨벌레 (pink bollworm) 의 RDL(Repressible dominant lethal) 구조이용 : 방사선노출없이, 유전적으로불임시킨암컷과수컷목화씨벌레 (pink bollworm) 는야생암컷목화씨벌레와짝짓기시에방사선불임된수컷목화씨벌레에비해더욱경쟁적이며, 자손을생산할수없게된다 ( 나비목곤충에적용하여연구진행 ). Drosophila Models of Human Disease RNA Biology Regulation of Gene Expression I Cell Biology and Signal Transduction I (3) GM 모기의개발동향 Neural Development Evolution and Quantitative Genetics I 세계보건기구 (WHO) 의통계에따르면지난 2011 년한해동안 216 만명이상이말라리아에감염되었으며, 이 Stem Cells Neurophysiology and Behavior Cell Cycle and Cell Death Physiology and Aging Systems and Quantitative Biology Techniques and Functional Genomics Cell Division and Growth Control Gametogenesis and Organogenesis 중 65만5천명의사망자가발생했으며대부분은아프리카사하라이남에거주하는어린아이들인것으로집계되고있는잔인한질병이다. 이를해결하기위하여많은생명공학자들은유전공학기술을이용하여유전자변형모기 (Genetically modified mosquito, 이하 GM모기 )( 그림 3-6-30) 를만들어서인간이벗어나지못하는질병으로부터해결하려는많은노력을하고있다. 일반적으로유전자변형모기를만드는것은다소어려운과정인데최 표 3-6-22 유전자변형초파리를이용한연구분야 ( 출처 : The Genetics Society of America Conferences) 근에가장각광받는기술은유전자침묵 (gene silencing) 을이용한형질전환연구로자연상태에서질병전파차 단을목적으로하는연구가지속되고있다. (2) 위생곤충류위생곤충및침입해충은공중보건, 농업, 지역생태계에대해심각한문제를발생시키고있다. 이런문제들의발생을줄이기위해많은연구소및기업, 국가기관에서유전자변형기술을활용하여 GM곤충을생산하고있다. GM곤충을만들기위해곤충의유전자를직접적으로활용하는기술을다섯가지로그룹화하여보면다음과같다. 미국의소리 (Voice of America) 의최근보도에따르면미국존스홉킨스대학말라리아연구센터의조지디모폴로스는모기의형질전환을통해말라리아병원체에강력한면역체계를지닌 GM모기를개발중인데, 기본적으로병원체가모기를감염시킬때여러가지방법을이용하여병원체를공격함으로써병원체가내성을갖는것을어렵게만들었다 고말했다. 디모폴로스는또 최종적으로 GM모기를야생모기들과교배해강화된면역체계를가지고있는자손들을번식시키기를희망하고있으며, 지금까지의연구결과가매우긍정적 이라고말했 제 5 절곤충 1 형광마커유전자를가진초파리를대량사육한후방사선에노출시켜의도적으로불임을만들어서, 다음세대에자손생산을하지못하게하였다. 이기술은현재나비목, 딱정벌레목, 메뚜기목그리고파리목에속하는곤충을이용하여국내 외실험실에서연구가진행중이다. 2 초파리불임 RDL(Repressible dominant lethal) 구조사용 : 마커유전자를가진유전적으로불임시킨수컷초파리는짝짓기시에방사선에의해불임된수컷초파리보다더효과적으로경쟁한다. 이후짝짓기에성공한초파리는방사선불임초파리와마찬가지로다음세대의자손을생산하지못하게된다 ( 파리목곤충을이용한연구가진행 ). 3 초파리의 FK(Female-Killing) 구조사용 : 수컷자손만생산하는암컷초파리가다음세대에태어날수컷초파리에게불임유전자를유전시켜야외환경에서암컷초파리자손을생산할수없게한다 ( 파리목곤충을이용한연구가진행 ). 4 방사선불임된목화씨벌레 (pink bollworm) 의형광마커구조사용 : 형광마커유전자를가진목화씨벌레 (pink bollworm) 암컷과수컷을대량사육하여야외방출전방사선을이용하여불임시키는기술이다. 현재나비목의곤충중해충류를이용한연구가진행중이다. 다. 덧붙여그는 GM모기들이향후말라리아와의싸움에서가장강력한무기로자리매김하게될것 이라고말했다. 디모폴로스연구팀은그동안아프리카에서말라리아병원체를옮기는중요한숙주인아노펠리스감비애 (Ag, Anopheles gambiae) 모기를대상으로연구를해오고있다. 그림 3-6-30 GM모기 298 www.biosafety.or.kr 299

특히말라리아매개모기의경우세계적인주요매개곤충학자및유전공학자들이첨단기법을이용하여다양한연구를진행하고있다. 2003년말라리아매개모기의유전체 (Ag genome) 가완전히해독됨으로써, 말라리아원충을매개하는능력을상실한 GM모기를질병전파능력을가지고있는모기 (wild type) 로대체하여궁극적으로말라리아유발원충이모기를통하여사람에게전파되는것을차단하고자하는노력이미국과유럽을중심으로활발히진행되었다. GM모기 1형은말라리아원충이모기의중장내에서혹은중장상피세포내에서말라리아원충치사유전자를과량발현함으로써모기의중장내에서말라리아원충의성장을억제시켜말라리아전파를차단하는방법이다. 또한 GM모기 2형은모기의지방세포에서, GM모기 3형은모기의침샘에서항말라리아물질을생산하고이를잘조절할수있도록하여일종의 터미네이터모기 (terminator mosquito) 를생산하였다. 최근개발된모기들을보면, 2011년미국위스콘신대학교의곤충학과랜 (Lan) 박사연구팀은황열바이러스매개모기의기능연구를위한방법으로간편하고효율적인 DNA delivery 방법을개발하였다. 2011년 3월, 미국콜로라도주립대학의블랙 (Black) 교수연구팀은매개모기집단을억제하여, 뎅기바이러스 (Dengue virus) 전파를차단하는것을목적으로조건부적치사유전자를갖는 GM모기를개발하였다. 이집트숲모기 (Aedes aegypti) 의 GM모 개발국가개발연도연구기관 / 개발자개발현황 영국 2009 영국왕립대학 / 크리산티박사 영국 2010 옥시텍 미국 2010 메릴랜드 & 존스홉킨스대학, 제이콥스 - 로리나 (Jacobs-Lorena) 교수공동연구팀 Anopheles gambiae vasa-like 유전자특이발현연구날개없는 GM암모기개발, piggy bac 시스템및 PhiC31을이용한 GM모기개발 유전자변형곰팡이를생산 일본 2010 Jichi Medical University CSP 를생산하는 GM 모기 미국 2010 UC-Riverside 대학교 /Raikhel 교수 표 3-6-23 연도별 GM 모기개발현황 antimicrobial peptide (Cecroptin A and Defensin A) 를생산하는모기 기 (OX3604C) 의특징은열성날개가없는암모기를표현형으로갖고있다. 2009년영국왕립대학의크리산티 (Crisanti) 박사연구팀은 GM모기에필수적인 Germline specific promotor 에관한연구를수행하였다. 본연구팀은 Anopheles gambiae vasa-like 유전자가 Anopheles gambiae의암수성충모기의생식소 (gonads) 에서만특이적으로발현되는것을확인하였다 (BMCMol Biol. 2009 Jul2;10:65). 2010년 3월영국의옥시텍 (Oxitec) 사와미국의제임스 (James) 박사공동연구팀은모기방제를위하여 Aedes aegypti Actin-4 유전자의 female-specific indirect flight muscle promoter를이용하여암모기만날개가없는 GM모기 (Female-specific flightless pheno type) 를개발하였다. 이어서같은해 8월에는영국의옥시텍사는뎅 특이한점은 2010년까지는말라리아 (Malaria) 매개모기 (Anopheles gambiae, Ag) 를대상으로연구가주로이루어졌다면, 최근의경향에서는뎅기열 (Dangue fever) 바이러스를옮기는이집트숲모기 (Aedes agypti) 를대상으로연구가이루어지고있다는점이다. 이모기는치쿤구니아바이러스 (Chikungunya) 및황열병 (Yellow Fever) 의질병매개자역할을한다. 뎅기열은지구온난화와더불어감염률이증가하고있는질병중의하나로, 세계적으로연간 1억명이상의환자가발생하고있으며, 특정백신이나약이없다 ( 그림 3-6-31). 과학자들은 GM 곤충을이용한연구말라리아와마찬가지로질병발생을원천적으로차단할수있는방법으로인식하고있다. 제 5 절곤충 기열매개모기 (Aedes albopictus) 의유전자변형에성공하였으며, 이때 piggy bac시스템을이용하였고, PhiC31 을이용해 GM모기를개발하였다. 2010년미국의메릴랜드대학과존스홉킨스대학의제이콥스와로리나 (Jacobs-Lorena) 교수공동연구팀은모기병원성곰팡이 (Metarhizium anisopliae) 가모기의큐티클을통과하여모기혈액내에서잘자란다고하는점과말라리아원충 (sporozoite) 이모기중장에서나와혈액을지나서모기침샘으로이동한다는점을이용하여유전자변형곰팡이를생산하였다. 2010년에일본의지치대학병원 (Jichi Medical University) 에서는모기의침샘조직에특이적으로말라리아백신후보단백질인 circumsporozoite protein(csp) 을생산하는유전자변형모기를생산하였다. 2010년미국 UC-Riverside 대학의 Raikhel교수연구팀은 PNAS논문에전통적으로한개의항말라리아유전자를생산하는 GM모기방식에서벗어나 2종류의 antimicrobial peptide (Cecroptin A and Defensin A) 를생산하는 GM모기를생산한후말라리아원충의 100% 전파차단효과를보았다. 그림 3-6-31 뎅기열전염위험지역 Dengue fever risk areas Worldwide distribution of dengue fever Source: National Travel Health Network and Centre www.nathnac.org, adapted from WHO 300 www.biosafety.or.kr 301

(3) 누에 2010 년 10 월노트르담대학, 와이오밍대학, 크래그바이오크래프트사의연구실 (Krag Biocraft Laboratories) 1.male and female mate 5. pupa grows into adult. female adult sucks blood and transmits virus 2.female lays eggs 이협력해대량생산이가능한산업용인공거미줄을개발하였다. 특히크래그바이오크래프트사는말콤프레셔 (Malcom Fraser) 교수의 GM 누에에게거미줄단백질의성분을바꾸어주입함으로써유전자변형단백질을이용 한실제실크생산을가능케하였다. 이단백질은실크를단단하고완전하게만들수있는화학구조를가졌으며 3. eggs hatch into larva 4. larva develops into pupa 1.GM male with sterile gene and wild female mate 실크의핵과완전하게조화를이루고있다. 크래그바이오크래프트사의연구실은 20 여종의 GM 누에에변형된 유전자 DNA 구조의누에배아를주입한누에들은보통누에보다탄성과유연성을더많이갖춘실크를만들었 고, 그중한종은 몬스터실크 로불릴정도로아주강력한실크생산을하는데성공하였다. 크래그바이오크래 Life cycle of wild male and female mosquitoes produces blood-sucking females Introduction of GM males breaks this cycle as faulty gene causes offspring to prematurely die 2. female lays eggs that contain sterile gene 3. eggs hatch into larva that die before developing into pupa. cycle ends. 2. female lays eggs that contain sterile gene 1. GM male with sterile gene and wild female mate 5. pupa grows into adult. researchers have more supplies of GM males to release into the wild 3. eggs hatch into larva and treated with tetracycline so it can grow into a pupa(4) 프트사에따르면, 이렇게얻은실크는가공하지않은실크를파는 (raw-silk) 시장에서 40억달러의수익을낼것으로예상했었다. 이인공거미줄은의료용은물론방탄조끼, 차량, 스포츠부품, 건설자재의재료로도쓰일예정이며기존의산업에큰반향을일으킬수있는신기술로도부상하고있다. 기타누에외에도옥시텍 (Oxitec) 사에서작물에피해를주는해충의개체군을줄이는데이용할수있는 GM 나방을개발하였다. 이 GM나방은사멸유전자를갖고있어, 이들과교배한해충들의개체수를감소시킬수있 More GM males are created in the lab by adding tetracylcine to larvae to allow development 으며, 농민들에게는수확량증대의혜택을주게될것으로예상하고있다. 하지만, 이 GM 나방의방사로인해생 태계와사람의건강에대한위해성을우려하는기관들로부터심한반대에부딪혀야외방출실험은어려울것 으로예상된다. 제 5 절곤충 그림 3-6-32 GM 모기의생산과정 Scientific name Vector disease Transposable element Year transformed Aedes aegypti Yellow fever Mariner 1998 Aedes aegypti Yellow fever Hermes 1998 Anopheles tephensi Indo-Pakistani malaria Minos 2000 Anopheles gambiae African malaria piggybac 2001 Aedes aegypti Yellow fever piggybac 2001 Culex quinquefasciatus Southern house mosquito Hermes 2001 Anopheles stephensi Indo-Pakistani malaria piggybac 2002 Anopheles albimanus New world malaria piggybac 2002 Aedes fluviatilis Brazilian malaria piggybac 2006 Aedes albopictus Asian tiger mosquito piggybac 2010 표 3-6-24 GM모기연구동향 ( 출처 : Morrison, N.I. et al. Asia-Pac. J. Mol. Biol. Biotechnol.) 302 www.biosafety.or.kr 303

2. GM 곤충상업화현황 가. 옥시텍사의 GM모기환경방출실험사례영국생명공학기업옥시텍 (Oxitech) 社와영국령의케이맨 (Cayman) 제도 ( 중미카리브해에위치 ) 의모기연구 통제국 (MRCU) 은케이맨섬에서 2009년 5월과 10월사이에 뎅기열 (dengue fever) 바이러스를옮기는모기종 (Aedes aegypti) 의 GM모기를야생에대량방출하여뎅기열전염모기의개체수를현저히줄일수있었다는시험결과를보도하였다 ( 그림 3-6-33). 그림 3-6-34 옥시텍 (Oxitec) GM 모기 (OX513X) RIDL 의개체군조절모식도 제 5 절곤충 그림 3-6-35 RIDL 의원리 그림 3-6-33 영국령의케이맨제도에서옥시텍사의환경방출실험연구지역의지도옥시텍 (Oxitech) 社가개발하여야외방출실험을한유전자변형수컷모기 (OX513A) 는같은종의야생암컷모기와짝짓기하여자손이태어나지만태어난유충들은생존에필요한특정항생물질 (tetracycline) 을공급받을수없기때문에곧바로죽게된다 ( 그림 3-6-34, 그림 3-6-35). 옥시텍社의연구자들은모기를먹는포식자가야생형 (Wild type) 모기를먹었을때와옥시텍社의형질전환모기 (OX513A) 를먹었을때의결과를비교하였는데그결과, 포식자는두가지먹이에대한차이를보이지않았으며, 아무런영향을받지않았다고밝혔다. 이러한형질전환모기의야외방출실험은지금까지 2010년말레이시아와 2011년브라질에서진행되었으며현재파나마등의중남미지역에서도방출시험을추진하고있다. 2011년브라질의경우옥시텍과유사한방법으로수컷 GM모기를대량생산하였으며, 이들수컷모기들은자연계에서방출되어암컷과교배시자손이성체로자라지못하게된다. 현재이 GM모기는바이아주 (Bahia) 의공장에서 1주당 400만마리가생산될예정이며, 이미 GM모기는바이아주내 2개의모기감역지역에서실험이진행되어왔다. 6개월이내에모기개체군의 90% 가량이감소되는결과를보였다. 이러한형질전환곤충은해충통제에대한새로운접근법으로표적곤충을대상으로하고, 화학물질의사용을방지하고있기때문에종래의살충제사용에비해주요환경영향을줄일수있었다. 304 www.biosafety.or.kr 305

나. GM모기환경방출에따른영향막스프랑크의리브즈 (Reeves) 박사는질병을매개하는매개체의수를줄이기위해개발된 GM곤충들은해충들의개체군의크기를종특이적으로줄이기위해개발되었다고말한다. 막스프랑크연구소의연구팀은살충제를사용하지않고매개체를줄이기위해 GM모기를자연환경에방출한실험과과거규제정보에대하여조사했는데 GM모기의환경방출은 2009년부터지금까지영국령인케이맨제도, 2010년과 2011년에말레이시아, 2011 년부터 2012년까지브라질에서있어왔고전세계적으로 GM곤충관리모델의기반이되고있는미국은 2001 년부터지난 20년간 GM나방의환경방출과관련된규제경험을가지고있는것으로조사되었다 ( 출처 : 사이언 스데일리 2012 년 2 월 1 일 ). GM 곤충과관련된최초의환경영향보고서는 2008 년미국의정부기관에서작성되었으며전세계적으로 GM 곤충의자연방출을승인하는근거가되고있다. 그러나과학자들은이보고서가대부분의 GM 기술들이단두 개의연구실에서수행한연구결과들을세계의 170 개의연구를위해인용하고있다는부분에서과학적으로의문 을제기하고있다. 막스프랑크연구소의리브즈 (Reeves) 박사는 전세계적으로 GM 곤충의환경방출전에이러 유전자변형생물체관련법이존재하는나라유전자변형생물체관련법이존재하지않는나라 한정보들을주민들이접근하기에는매우제한적이다 라고말했다. 2009년에영국령의케이맨제도는 GM모기를환경에방출한최초의장소이다. 그러나그당시에존재하였던법적안전규제에대하여상대적으로얼마나구속력이있었는지에대하여여전히의구심이남는다. LMO에대한환경방출이나이동에관하여논의를할만한법률이존재하지않았다. 2009년에 191개나라중에 21개국은그나라들이갖고있는환경보호나 LMO를특별히규정할수있는동물규제법을갖고있지않았다 ( 그림 3-6-36). 케이맨제도는영국령이면서주권이없는상태이기때문에, 21개국에서 LMO의승인과환경방출과관련된것이있다고생각되지못했을것이다. 케이맨제도, 말레이시아, 브라질등에서환경방출된 GM모기 (OX513a) 에대하여그지역에거주하는사람들에게서받는첫번째질문이자매우명백한질문은사람들이 GM모기에물리는지여부일것이다. 케이맨제도와말레이시아에서시도된 GM모기환경방출에대한대중들에게주어진답변은의도적으로무시되거나또는 사람을물지않는수컷만이방생되기때문에 물릴위험성이없다는뻔한답변이돌아올뿐이다. 하지만, 막스프랑크연구소의과학자들은이에대해서자세히설명한다. 즉, 환경방출된수컷의자손인암컷 GM모기가사람을물가능성이있다고설명했다. 방출된수컷 GM모기들은엄밀히말하면완전한 불임 이아니라부분적인불임이기때문이다. GM모기에물린사람들에게주는영향에대한잠재적인우려가논의된다. 이런논의내용은이런생명공학기술을이용한것이유전적으로위험스럽지않다고말하는것은아니다. 현재브라질에서많은수의 GM모기가방출되어있다. 게다가그방출은프랑스, 과테말라, 인디아, 멕시코, 파나마, 필리핀, 싱가포르, 태국, 베트남과영국을포함하는많은나라에서평가중에있다고보고되어있다. 이러한실험적인방출은사람들의건강과작물해충관리를목적으로하고있다. 곤충의공격으로부터뎅기열과같은사람들의질병들과농작물의손실이주어지는측면에서, 새로운기술이생겨나는것은매우중요하다. 평가과정에서야외실험은필수적인단계이다. 이잠재력높은기술에공정한기회를부여하고주민들의불필요한불신을불러오지않도록하기위해서는충분한정보를제공하는것이필요하다 고리브즈 (Reeves) 는지적했다. 그림 3-6-36 유전자변형생물체관련법이존재하는나라와존재하지않는나라 ( 출처 : R.Guy reeves et al. 2012년 ) GM모기의환경방출에대한지속적인우려에대하여헬렌월리스가 80페이지분량에이르는책을 2013년발간하였는데, 이는영국진워치 (GeneWatch) 에 2012년 7월에출판하였던것을책으로출간한것이다. GM모기에대한소개와그모기의개발목적이모기의개체수를줄이는것에대한목적의성공가능성여부및새로운모기균주의도입으로인한새로운질병의유발, 환경에방출된 GM모기는스스로소멸할것인가, 방출된 GM모기로인한사람및다른생물체들의피해여부등을집중적으로다루었다. GM모기에대한환경위해성평가는케이맨제도나브라질의 GM모기의환경방출에대한사전협의가공개되지않았지만, 말레이시아의요약일부만이공개되었다. 특정국가에처음으로환경방출용 GM모기의알을내보낼때옥시텍社가제공하기때문에영국의진워치 (GeneWatch UK) 잡지는영국에서위해성평가서를옥시텍社로부터얻었지만, 그회사가이러한위해성평가를얼마나올바르게평가하였고, 유럽국가들의기준을충족시켰는지여부에대해서는판달할자료가없다. 영국생명공학회사옥시텍社는케이맨제도와말레이시아에서소규모의환경방출실험을하였고, 추가실험은브라질에서더큰규모로할예정이다. 이때, 환경방출실험에사용된옥시텍社 GM모기는뎅기열을매개하는황열병모기이다. 옥시텍社는수컷 OX513A GM모기가야생암모기와짝짓기를하고낳는알들은유충으로부화하는과정에서 GM 자손이성체로생존하는데실패하게하여, 전체모기의개체수를감소하기위한방법이다. 치명적인유전시스템을가진 RIDL(Release of Insects Carrying a Dominant Lethal Genetic System, 이하 RIDL ) GM모기는특허권을옥시텍이갖고있다. 제 5 절곤충 306 www.biosafety.or.kr 307