2016.03.11 한국식품면역연구회 GMO 연구및평가의최근동향 경희대학교식품생명공학과 김해영
서론 생명공학의발달에따라인구증가와산업화에따른경지면적감소, 기후 변화등으로앞으로몇십년이내에심각한식량부족을예고하고있으며 이를위한해결책이요구
식품산업에활용되는생명공학기술은기능성등유효성분대량생산, 대체식량생산등이새로운기술개발에적용 유전자재조합기술 (BT) 병충해에약한옥수수 병충해에강한옥수수
생명공학작물개발의역사 1994년무르지않는토마토 (Flavr Savr) 상품화 ( 칼젠 ) 1995년유전자변형옥수수재배허가 ( 미국 ) 유전자변형대두재배허가 ( 캐나다 ) 1996년유전자변형작물의상업적재배시작 1997년유전자변형작물의상품화 1998년유전자변형밀재배허가 ( 캐나다 ) 2000년 Golden Rice 개발 ( 비타민 A 강화 ) 2005년 GM 작물재배면적 9,000만 ha ( 전세계 21개국 ) 2014년 GM 작물재배면적 1억8150만 ha( 전세계 28개국 )
https://www.google.co.kr/search?q=gm+rose&newwindow=1&biw=1129&bih=595&tbm=isch&tbo=u&source=univ& sa=x&ved=0cb8qsarqfqotclyxtqce38ycfqqvpgodmfkapw#newwindow=1&tbm=isch&q=gmo
생명의기본단위라고간주되는유전자를인위적으로다룬다는 점에서끊임없이안전성에대한우려 국제적으로 OECD, WHO, FAO 를중심으로국제회의를통해 GM 식품의안전성평가기준과평가방법을제시 우리나라도식품위생법으로안전성평가를의무화하여, 사전에 심사승인된제품만이국내유통 GMO 을활용한식품과 GMO 의식품에대한안전성문제와 관련된요소를국제식품규격위원회의평가지침을토대로살펴보고, 국내의제도적인안전성관리체계에대해소개
GM 미생물을이용한물질생산 특정유전자를대장균, 효모등의미생물에도입하거나유전자가변형 된미생물을발효에이용함으로써효소나의약용단백질을보다효율적 으로생산
인간의인슐린유전자가삽입된 GM 대장균에서인슐린을제조
치즈제조에응유효소키모신을 GM 미생물에서생산
우리나라유전자변형미생물승인현황 (2 품목 ) 연번품목신청자특성용도승인일 1 FIS001 씨제이제일제당 ( 주 ) L- 아라비노오스이성화효소생산생산 2011.06.24 2 FIS002 씨제이제일제당 ( 주 ) D- 싸이코스 -3- 이성화효소생산생산 2015.02.17
GM 가축을이용한식품산업 동물형질전환을이용한유용물질생산 형질전환돼지를이용한장기이식
(1) 육질개선된 GM 가축 2004년 Niemann과 Saeki 연구팀은불포화지방산양을증가시키기위해서시금치 desaturase 유전자를이식시켜만든 GM 돼지의가로무늬근육에서높은불포화지방산비율을갖는것을확인하고, 이들을섭취하면뇌졸중이나심장병의위험을감소시킬수있다고보고 2006 년에미국미조리 - 컬럼비아대학의 Lai 연구팀은등은오메가 -3 지방산을많이함 유하고있는 GM 돼지를개발한것을보고
(2) 고부가성우유를생산하는 GM 가축 뉴질랜드의 AgResearch의연구팀에서는소베타-카제인 (CSN2) 과카파-카제인 (CSN3) 유전자를암소의 flbroblast 섬유세포속으로도입시켜카제인함량을조절한우유를생산하였다고보고 Maga 등의연구팀은 β-lactoglobulinbin 유전자를 knockout 또는 knockdown 시켜만든알레르기성을저하한우유생산, 우유내당합성에중요한역할을하는 α-lactalbumin 의 knockout 또는 knockdown 에의한 lactose-free 우유생산, 인간 lactoferrin 이많이함유된초유생산, lysozyme 양을증대시켜소화가잘되게만든우유생산 (3) 유용단백질을생산하는 GM 가축 중국의연구진들이항암효과가있는 CD20 항체를생산할수있도록 GM 소를사육 뉴질랜드 AgResearch는카제인과미엘린단백질을생산할수있는 GM 소의연구가진행 우리나라에서는한국생명공학연구원에서사람의면역력을증가시키는우유를생산하기위하여사람의락토페린유전자를도입한 GM 젖소를개발
GM 식물을이용한물질생산 아그로박테리움이용식물형질전환기법 유전자총이용식물형질전환기법
최초로상품화된잘물러지지않는토마토 Flavr Savr R : 토마토에존재하는 polygalacturonase 유전자의암호화부위를뒤집은 antisense 유전자의이식시켜효소발현억제시켜제조 쉽게액체와분리되는일반토마토캐첩 ( 왼쪽 ) 물러지지않는토마토를원료로만든케첩 ( 오른쪽 )
제초제저항성 GM 콩 제초제살포전으로잡초와콩이같이섞여있는상태 ( 왼쪽 ) 와제초제를살포한후, 잡초들이모두제거되고콩만남은모습 ( 오른쪽 )
Glyphosate Non-selective, wide-spectrum herbicide Phosphoenol pyruvate + Erythrose 4-P EPSPS Phe Tyr Trp
해충저항성옥수수 Trypsin inhibitors Amylase inhibitor
해충저항성작물 Bacillus thuringiensis (BT) 가생산하는살충성단백질을만드는유전자가도입이살충성단백질은나방등의나비목유충의소화관안에서활성화체로변화하여독성을발현 유충이작물의잎이나줄기를갉아먹으면살충성단백질도함께유충내로들어가살충작용을발휘 자연적으로발생하는이토양박테리아의비티톡신은전세계유기농농민들이바이오 (bio) 살충제를이용함예전부터유기농농민들은그토양박테리아의독소를이용하여옥수수좀벌레와목화씨벌레를포함한일련의곤충을방제했음
GM 옥수수와일반옥수수의가뭄저항성비교
식용유특성개선 (VISTIV TM ) - 다가불포화지방산함량저하 : 8% 대 3% 리놀렌산 ) - 안정되고픙부한향미 - 수소화불필요 - ω-3 지방산강화 : DHA, EPA
지방산올레인산을많이함유한콩 듀퐁사가개발한올레인산다량함유 GM 콩인플렌이시 (Plenish) 가미국에서상업화재배승인됨 (2010 년 6 월 )
지방산의조성을개선한생명공학 oil crops 이식유전자전환형질적용작물개발회사 stearoyl ACP desaturase high-unsaturated 카놀라 Pioneer Hi-Bred 12:0-ACP thioesterase high laurate (12:0) 와 myristate (14:0) 카놀라 Calgene anti-sense fatty acid desaturase (GmFad2-1) high-oleate (1가불포화지방산 ) low-linoleate ( 다가불포화지방산 ) 콩 DuPont
GM 작물의재배현황 ( ㅑㄴ (ISAAA, 2015)
전세계 GM 작물국가별재배현황 (2014 년 )
주요 GM 작물의재배현황 (ISAAA, 2015)
유전자변형황금쌀 (Golden Rice) : 영양결핍을극복하기위한벼연구의일환으로쌀에부족한비타민 A 를보강하기위하여전구물질인 β- 카로틴함량이높게개발 황금쌀. 비타민 A 의전구체가되는 β- 카로틴함량을높이면노란색을보이며, 신젠타회사연구팀에의해베타카로틴함량을 27 배정도강화한황금쌀 2 가 2005 년에개발됨
갈변되지않는 GM 사과 Okanagan Specialty Fruits 에서개발한 Arctic apple ( 출처 : http://www.arcticapples.com)
전분함량을증가시킨 GM 감자 ADP-glucose pyrophosphorylase 유전자를이식과발현시킨감자 ( 오른쪽 ) 는전분함량이증가하여아이오딘반응색이훨씬진한청남색
안토시안생산항암 GM 토마토 위쪽일반토마토에는없는안토시안이아래쪽생명공학토마토에서는 2.83± 0.46mg 정도생산된다. Nature Biotech 26: 1301 (2008)
카페인이없는커피 2003 년에, 일본과학자히로시사노와그의연구팀은카페인이제거된커피를개 발하였다. RNA 방해기술을사용하여, 카페인을만드는유전자를불활성화하였다 ( 아래그림 ).
우리나라에서식품으로안전성허가가된 GM 작물
국내에서연구개발중인생명공학작물
국내에서개발된해충저항성벼의혹명나방방제효과 영양성분이강화된고부가 쌀 가뭄저항성 벼와국내외소개기사
안전성평가기본원칙 배경 : 1980년대농업분야품종개량에유전자재조합기술응용 개발됨에따라경제개발협력기구 (OECD) 를중심으로유전자변형농산물에서유래하는식품의안전성에대하여논의 지금까지먹어온일반식품과의차이점을비교하여차이가없으면안전한것으로간주할수있다는개념도입 OECD 유전자변형식품안전성평가개념 1993년, OECD 실질적동등성 발표 이평가개념에따라 OECD 회원국 ( 미국, EU, 일본등 ) 을중심으로안전성평가제도가정착 1994년, 최초 무르지않는토마토 (FLAVR SAVR) 상업화, 제초제내성및해충저항성콩, 옥수수, 면화등다양한식품상업화 이개념은후에세계보건기구 (WHO) 와식량농업기구 (FAO) 공동산하국제식품규격위원회 (CODEX) 에서도인정되어안전성평가지침 (2003.7) 에도입
안전성심사법적근거 제18조유전자변형식품등의안전성평가등유전자변형식품등을식용으로수입 개발 생산하는자에게최초로유전자변형식품등을수입하는경우에는해당식품등에대하여안전성평가를받게할수있다. 제7조의2 신규유전자변형생물체에대한위해성심사신규유전자변형생물체를수입 생산 이용하려는자는수입승인, 생산승인, 유전자변형미생물의이용전에관계중앙행정기관의장으로부터위해성심사를받아야한다. 유전자변형식품안전성 평가심사등에관한규정 식품의약품안전청고시제 1999-46 호 (1999. 8.20, 제정 ) 식품의약품안전처고시 제 2014-41 호 (2014. 2.12. 개정 ) 식품위생법은 GMO, LMO 법은 LMO 에대해안전성심사규정을두고있으나우리나라의경우는식품에대한안전성심사를식품위생법에따라심사진행
안전성심사대상 1 최초로유전자변형식품등을수입하거나개발또는생산하는경우 2 안전성심사를받은후 10 년이지난유전자변형식품등으로서 시중에유통판매되고있는경우 3 안전성심사를받은후 10년이지나지아니한유전자변형식품등으로서식약처장이새로운위해요소가발견되었다는등의사유로인체의건강을해칠우려가있다고인정하여심의위원회의심의를거쳐고시하는경우
GM 식품의안전성평가
안전성심사방법 매월 1 회 5 개분과전문가로구성된심사위원회개최를통해안전성심사 발현단백질의 영양성분 알레르기성 알레르기분과 영양분과 비교분석평가 독성분과 유전자변형식품등안전성평가자료심사위원회 분자생물학분과 형질전환방법 및결과 발현단백질의 급성및중장기독성 식품일반분과 GM 식품건전성 식용현황 제외국의허가현황
우리나라 GM 작물안전성심사승인현황 (2014 년 12 월기준 )
미승인 GMO 관리 우리나라 MFDS 에서안전성심사를거쳐승인받지않은 LMO : 수입및유통금지 작물 쌀밀옥수수아마 이벤트명 LLRice, Bt63, Kefeng6, KMD1 Mon71800 Event32 FP967 파파야 PRSV-YK, 55-1
결론 : 향후전망 유전자재조합기술기술을통해개발된 GMO 는미래의환경변화와인류식량자원에대한안정적인확보를위해무한한가능성을제공하고있음 특히, 영양성분및기능성강화로개발된 GMO 들을식품산업에적용될경우유용성이매우높은기술임 GMO 들을이용하여세계적인식량위기에대처할수있는기후저항성품종및영양, 기능성성분이보강된작물이안전성승인을거쳐곧상업화되어식품산업에응용될것임 유전자재조합기술은안전성, 환경위해성, 윤리적인문제등과관련된여러가지논란이지속되고있음 새롭게개발되는 GMO 식품들의안전성평가를국제적공조에맞추어새로운평가방법과기술을향상시키면서 GMO 식품의안전성을평가하는것이필요