오태광의 바이오 산책 <20> 유전자 변형 생물체; LMO(Living Modified Organisms)와 GMO(Genetically Modified Organisms) > News Insight

 유전공학기술(Genetic engineering technology)은 사람을 비롯한 동식물, 미생물의 유전물질을 고의로 변형시키는 과학기술이고, 유전물질을 변형하기 위해서 유전자 변형(Genetic modification)기술을 사용한다. 초기의 유전자 변형은 생물체 세포에서 DNA를 뽑아내서 제한효소(Restriction enzyme)로 원하는 부위를 잘라낸 유전자를 대장균 플라스미드(Plasmid)에 붙여 넣은 유전자재조합 미생물(Recombinant)인 대장균을 키우면 원하는 기능 단백질을 빠르게 대량으로 생산하는 방법이다. 

동식물을 키워서 원하는 단백질을 생산하려면 많은 시간이 걸리는 데 비해, 대장균이 불과 15~20분이면 2배로 자라날 수 있는 특성을 이용하여, 유전자재조합 대장균을 사용하면, 원하는 단백질을 불과 12~20시간이면 대량으로 생산할 수 있는 획기적인 방법이다. 

당뇨병 치료제인 인슐린(Insulin)은 초기에는 살아있는 개의 췌장(Pancreas)에서 뽑아내 인슐린을 정제하여 사용하였다. 당뇨병을 앓고 있는 레오나르도 톰슨이란 당시 16세의 소년에게 개의 정제 인슐린을 주사하여 효과가 있다고 밝힌 프레더릭 밴딩(Frederick Banting)과 찰스 베스트(Charles Herbert Best)는 1923년 노벨상을 받았다. 이후 많은 제약회사가 돼지를 사용하여 인슐린을 공급하였으나 돼지 인슐린은 인간과 1개의 아미노산이 달라서 알레르기(Allergy) 등 면역 문제점도 있음에도 사용했지만, 비용이 너무 고가이어서 쉽게 사용하기가 어려웠다. 

1980년 인체 인슐린을 유전자 변형기술로 짧은 시간 내에 대량으로 생산할 수 있어 지구상 수많은 당뇨병 환자가 적은 비용으로 얼마든지 인슐린을 사용할 수 있게 되었다. 유전자 변형기술은 인슐린과 같은 단일 의약품 생산뿐만 아니라 현재 살아가고 있는 동식물의 열등한 유전자를 효율이 높은 유전자로 바꾸거나, 아예 다른 종(種)의 유전자를 도입하여, 동식물을 인간이 필요로 하는 부분이 보강된 생물체로 바꾸는데, 유전자 변형기술을 사용하고 있다. 

유전자 변형은 미생물은 물론이고 더욱 향상하여 개발된 유전 변형기술로 식물, 동물에서도 쉽게 유전자 변형하여 생산성이나 품질이 아주 좋은 유전자 변형된 동식물을 생산할 수 있게 되었다. 특이한 의약품을 만들기 위해 생체 대사 과정을 바꾼 유전자 변형기술은 사람이 먹는 작물이나 가축에도 적용하여 손쉽게 생산성을 높이거나 산업적 이용을 높이기 위해 저장, 유통 및 가공이 쉬운 동식물을 만들 수도 있었다. 

유전자 변형된 살아있는 생물체를 포괄적으로 LMO(Living Modified Organisms)라고 말하는데 살아서 생식하여 번식할 수 있는 것을 의미하고, GMO(Genetically Modified Organism)는 LMO 및 이를 이용하여 제조·가공한 물질까지 포함한 광의(廣義)의 유전자 변형 생물체 개념이다. 

LMO는 유엔환경계획(UNEP)의 생물다양성협약(CBD, Convention on Biological Diversity)에서, GMO는 경제협력기구/유럽연합(OECD/EU)에서 공식적으로 사용하고 있는 용어이지만 현재는 유전체 변형 생물체와 LMO, GMO를 혼용하여 같은 뜻으로 사용하고 있다. 다만 살아서 번식한다면 유포될 확률이 크기 때문에 이럴 경우는 살아있다는 LMO를 강조해서 사용하고 LMO와 LMO로 가공한 식품, 사료 등 전체를 GMO로 우리나라에서는 구분 없이 많이 사용하고 있다. 이번 바이오 산책에서는 LMO와 GMO의 현황과 문제점에 관해서 설명하고자 한다. 

카르타헤나 의정서(The Cartagena Protocol on Biosafety)

캐나다 몬트리올에서 2000년 1월 채택된 “바이오 안정성에 관한 카르타헤나 의정서”는 유전자 변형 생물체(LMO)의 국가 간 이동을 규제하는 것을 주요 내용으로 하는 국제 협약으로 2003년 9월에 발효한 의정서(議定書)이다. 2020년 현재를 기준으로 우리나라를 비롯한 173개국이 가입하고 있다. 

유전자 변형 생물체(LMO)는 최근 개발된 생명공학 기술인 유전자 편집 기술(CRISPER Cas9)을 포함한 모든 유전자 변형기술로 새롭게 유전자 재조합된 살아 있는 동물, 식물, 미생물로 그 자체로 생식, 번식이 가능하다. 인간의 의식(衣食)품으로 사용하는 작물인 옥수수, 밀, 쌀, 감자, 대두, 목화 등의 유전자 변형작물은 주로 제초제 내성이나 해충 저항성이 있어서 노동력이나 농약을 적게 사용하면서 쉽게 작물을 재배할 수 있으면서도 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 

또한, 특수 영양인자를 과량으로 생산할 수 있는 작물로 영양적 부가가치를 높일 수 있고 모양과 색깔이 독특한 화훼(花卉)로 미적(美的) 부가가치를 높일 수도 있다. 

2018년 현재 전 세계 27개국에서 유전자 변형작물이 재배되고 있고, 재배 면적이 1억9,170만 헥타르(ha)로 우리나라 면적의 약 18배 정도의 넓은 면적에서 재배되고 있다. 미국은 전 세계 LMO 재배 면적의 40%를 점유하면서도 미국 내의 반발로 아직도 카르타헤나 의정서에 서명하지 않고 있다. 미국을 비롯한 브라질(26%), 아르헨티나(12%), 캐나다(7%), 인도(6%), 파라과이(2%), 파키스탄(2%), 중국(1%) 순으로 LMO를 재배하고 있고 이들 8개 국가가 전체 LMO 재배 면적의 96%를 차지하고 있다. 작물별로 보면 전체 콩 재배 면적의 77%가 LMO이고 옥수수 32%, 면화 80%, 유채(Canola) 30%가 해당 작물의 LMO 작물 재배 면적이다. 

일반적으로 LMO는 전통적인 교배나 선발 등을 통해 자연적으로 일어나는 돌연변이와는 구분되고 있다. 특이한 점은 자연적 돌연변이 외에 자외선이나 화합물에 의해서 인공적으로 돌연 변이한 생물은 LMO로 분류되지 않고 있다. LMO를 분야별 이해관계에 따라 사용 용어가 달라지는데 농업에서는 유전자 변형작물 또는 유전자변형농산물이 많이 사용되고, 식품은 유전자재조합식품, 환경에서는 유전자 변형 생물체라는 용어를 사용하고 있다. 

식품이나 사료 등과 같은 공산품에는 GMO의 경우는 상당히 복잡해지는데 모든 식품 원료를 100% non-GMO를 사용한다면 간단하다. 하지만 원료 중 극소량의 GMO를 포함하여 있을 때 포함될 시 GMO 표시하여야 하는가에 대한 문제점이다. 가장 강하게 적용하고 있는 유럽은 0.9%, 호주·뉴질랜드에서는 1%, 한국·대만 3%, 일본은 5% 이상 GMO가 혼합되었으면 GMO 표시를 의무화하고 있다. 이런 혼합물의 함량이 국가에 따라 달라서 어떤 나라에서는 GMO 식품이 다른 나라에서는 전혀 문제가 없을 수 있다. 

하지만, 미국과 같이 아예 가공품의 GMO 표시를 의무화하지 않고 단지 수입된 식품의 경우 “GMO를 포함하고 있을 수 있다.”라고만 표시하고 있어서 GMO에 관해서 관대(?)한 국가도 있다. 우리나라는 식품의약품안전처 행정고시를 통해 2017년 2월 4일부터 제조·가공 후에 유전자 변형 DNA 또는 단백질이 남아 있는 모든 유전자 변형 식품들은 소비자의 알권리 강화를 위해 GMO 식품임을 표시해야 한다고 규정하여 기존 주요 원재료로 제고하여 가공한 식품에서 모두 식품으로 표시대상을 확대한 조치이다. 

예를 들어서 두부를 만드는 공정으로는 GMO 유래 DNA나 단백질이 어느 정도 남아 있어서 GMO 콩으로 두부를 생산한다면 반드시 GMO라고 표기해야 한다. 하지만, 수입된 콩으로 만든 두부 중 GMO 콩이 완전히 포함되지 않을 경우는 당연히, Non-GMO라고 표시할 수 있다. 

국내 기준에 따르면, 수입 콩으로 만든 두부에 GMO 혹은 Non-GMO 표시가 없다면, GMO 콩 함유량이 0%는 넘지만 3% 이하인 것으로 볼 수 있다. 

참고로, 국내에서는 GMO 작물 재배가 금지되므로, 국내산 콩으로만 만든 두부는 Non-GMO라고 볼 수 있다. 하지만 제조 공정 중 고도의 정제나 가공단계를 거쳐서 유전자 재조합된 단백질이나 DNA가 남아 있지 않은 간장, 식용유지, 주류, 전분당 등에는 GMO 표시를 하지 않아도 된다고 한다. 유전자 변형기술로 만든 콩과 옥수수가 1996년 상업화로 등장한 지 올해로 26년이 지났고 미국을 비롯한 주요 농업국이 이미 우리나라의 18배에 달하는 면적에서 GMO 작물을 생산하고 있어서 전 세계인의 식탁에는 이미 GMO의 영향권에 있다.

동식물 GMO의 개발 현황 

 멜더스(Malthus T.R.)가 인구론에서 표현한 한계적인 재배지와 노동력으로 기하급수적으로 증가하는 인구를 먹여 살리는 문제점을 제기했는데, 과학적 해결방안으로 식물 중 작물의 GMO 개발은 어느 정도 부족한 식량을 해결하는 대안이 되어왔다. 신기술로 평가받고 있는 유전자변형식품은 가뭄이나 제초제에 저항성이 강한 농작물을 만들어낼 수 있고, 필요에 따라 특정 기능이 추가되거나 강화된 작물도 생산할 수 있다. 아프리카에서도 가뭄에 견딜 수 있는 옥수수, 가난한 나라 아동들의 야맹증 치료를 위해 비타민A 성분을 강화한 “황금쌀(Golden rice)”이 대표적인 예이다. 

최초의 GMO 식품은 토마토 펙틴을 분해하여 토마토가 물렁물렁하게 하여서 저장 시 문제가 되는 펙틴분해효소 생성을 저해하는 유전자를 넣어준 토마토가 1994년 출시되었고, 3년 후 토마토 GMO를 반대하여 1997년 생산이 중단되었다. 비슷하게 대두의 생산성 향상을 위해서 브라질너트(Brzil nut)의 유전자를 삽입하여 생산성이나 영양성분은 향상되었지만, 브라질너트에 알레르기(Allergy)가 있는 사람은 브라질너트 유전자 주입된 대두에서도 같은 면역반응이 있어서 상품화가 취소되었다. 

동물을 이용한 GMO는 주로 락토페린(Lactoferrin)과 같은 의약품을 생산하기 위해서 유전자 재조합기술을 많이 사용하였고, 식용동물에 대한 GMO는 주로 연어, 참치와 같은 어류에서 많이 이루어졌다. 미국과 캐나다의 합작회사인 아쿠아 바운티(Aqua Bounty Technology)는 1989년 GM 연어를 개발하였고 캐나다에서 허가를 받고 2017년 8월부터 아큐아 어벤티지 새먼(Aqua Advantage Salmon)이란 상품명으로 GM 연어를 판매하고 있다. 

GM 연어는 대서양에서 자라는 연어의 성장을 촉진하기 위해서 왕연어의 성장호르몬 유전자를 넣어주고 성장호르몬 유전자를 계속 작동하기 위해서 바닷장어의 프로모터(Promotor, 성장호르몬 유전자 앞부분에 위치하여 성장호르몬을 만들라고 명령하는 조절 유전자)를 넣어서 1년 내내 성장호르몬이 작동하여 GM 연어는 일반 연어보다 성장 속도가 2배로 빨라 보통 연어는 3년 만에 생산된 데 비해 1년 반이면 충분히 생산할 수 있다. 

식용 GM 연어는 1999년 첫 승인 신청이 미국 FDA에 접수되었고, 5년 동안 식용판매 최종 승인 판정을 하지 않다가 2015년 11월 식용판매 승인을 하였다. 이렇게 되자, 약 200만 명의 소비자, 과학자, 어업 종사자를 비롯한 미국 상원 하원의원이 승인보류 요청을 FDA에 하였고 동시에 미국 내 9,000개의 슈퍼마켓 체인에서 FDA에서 승인되더라도 GM 연어를 판매하지 않겠다고 선언하였다. 논란이 심각해지자 승인한 지 2달 후인 2016년 1월에 판매 금지 조처를 내린다. 첫 신청 후 10년 후인 2017년 8월에는 FDA가 처음으로 인체에 해가 없고 GM 연어가 양어장을 탈출하여 생태계 질서를 어지럽힐 확률이 거의 없다는 GM 연어 식용에 긍정적인 방향의 태도를 밝혔다. 

결국 미국 FDA는 2019년 5월 31일 다시 유전자 변형 GM 연어를 상업화를 공식적으로 선언하게 된다. 10년 동안의 어려운 과정을 거쳐서 GM 연어의 식용을 FDA가 상업화를 공식승인한 것은 주로 경제적 이유로 추정한다. 미국에서 소비하는 해산물은 90% 이상이 수입에 의존하고 있고 연어의 경우 2017년 기준 35만 6천 ton이 약 35억 US$ (약 4조 2천억 원) 수입하였다. 일본도 비슷한 방법으로 일반 참돔과 비교해서 몸집이 1.2배 큰 참돔을 만들었고, 일본 후생성은 신고만 하면 판매를 허가할 방침이어서 시중에 몸집이 큰 참돔 판매를 볼 수 있을 것이다.

 미국은 연어에 이어서 송어, 미꾸라지, 잉어등 어류가 유전자 변형이 성공하면 미국에서만 160억 US$(약 20조)의 해산물 무역적자 폭을 줄일 수 있을 것으로 예상한다. 특히, 외래 유전자를 사용하지 않고 단지 불필요한 유전자를 정확히 제거하여 원하는 GMO를 생산하는 유전자 편집기술에 대해서는 GMO가 아니라는 판단이 우세한 입장이다. 

현재 미국은 30여 종의 유전자 편집 식품이 GMO가 아님을 결정하였고, 오히려 유전자 편집기술을 혁신적 육종기술로 분류(2018년 3월)하였다. 일본에서도 유전자 편집 식품에 대해서 안정성 심사 없이 일반 식품과 같이 취급하겠다고 발표(2019년 3월 18일)하였다. 특히, 동물에 사용되는 백신을 식물에서 생산하여 사료와 함께 먹이는 연구가 활발히 이루어지고 있고 식물유래 백신이 다른 유형의 백신에 비해 갖는 이점 때문에 돼지 및 기타 가축용 백신을 더 많이 생산할 수 있을 것이다. 

식물기반 백신의 생산은 GM 식물을 사용하여 광범위한 의약품 및 산업제품을 생산하는 “Biopharming” 또는 “식물 분장 농업”의 일환이다. 초기 식물기반 백신 개발은 옥수수와 쌀과 같은 식용 작물을 사용하여 개발하였지만 이후 담배와 같은 비식용 작물이 주목받기 시작하였고, 2019년 우리나라 벤처기업인 바이오앱(Bioapp)사는 최초의 식물성 CSF 백신인 Herbavac을 개발하였고, 2021년 아메리카 대륙에 출시를 위해 미국 PlantForm사와 계약을 체결하였다. 미국과 캐나다에서는 약 1년 이내에 등록이 완료되고, 남미에서는 1~2년 이내에 생산이 완료될 것으로 예상한다. 

이제, 유전자 편집과 같은 정밀한 유전자를 다루는 기술이 획기적으로 발전하고 있어 기존의 GMO에 대한 정의나 규정을 개선해 나가야 할 필요가 있어서 이제 GMO에 관한 기술, 윤리, 사회, 법률 등 전반적인 방향에 대한 새로운 정책 연구가 필요한 시점이다.

<맺 는 말>

 유전자 재조합기술이 등장한 1980년대 이후 거의 40여 년 이상 GMO를 둘러싼 논쟁을 계속해 왔으나, 지구촌은 여전히 부족한 식량자원을 확보와 안전성이 보장된 먹거리 및 지구 생태계 보전이라는 대치되는 큰 명제에 대한 논의는 쉽게 답을 얻을 수 없었다. 특히, 생태계 교란을 일으킬 수 있다는 초기 유전자 재조합기술의 맹점인 단백질 및 유전자의 잔류문제는 바이오 기술의 획기적인 발전으로 개선해 나가고 있다. 

유전자 편집기술(CRISPR Cas9)과 합성생물학(Synthetic Biology) 같은 기술의 진보는 이제, 소비자 편익을 가진 의약품, 식품, 의복뿐만 아니라 현재는 상당히 많은 범용 화학제품 및 에너지도 대량생산할 수 있을 것이다. GMO 안정성 연구도 세계 거의 모든 연구기관에서 인체 및 환경보건 측면에서 GM 작물의 안정성을 연구한 결과가 3,000여 건 이상 발표되었지만, 여전히 GM 작물의 우려성이 있다는 논문도 발표되고 있다. 

물론 GM 작물이 안정하다는 발표가 많기는 하지만 한 국가의 문제가 아니라 지구에 사는 모든 인류의 문제이기 때문에 GMO 연구를 GM 작물에 대한 긍정적 연구자와 부정적 연구자가 공동으로 연구하여 통합된 결과를 도출할 필요가 있다고 본다. 하지만, 전체적인 GMO에 대한 방향은 긍정적으로 바뀌고 있다는 예시로 GMO에 대한 미디어(Media) 가시성(visibility)이 2020년은 2019년보다 26% 감소하였고, GMO에 대한 강력한 반대 견해이던 유럽인들도 GMO에 대한 우려도 2010년 66%에서 2019년 27%로 떨어지고 있다고 한다.