GMO 식품에 대한 보고서 생명분자공학부 200220502 김명섭

GMO (유전자 변형 생물체 )란 무엇인가? 현대생명공학기술(modern biotechnology)을 이용하여 얻어진 새롭게 조합된 유전물질을 포함하고 있는 동물, 식물, 미생물을 말한다. 락토페린 같은 유용생리활성물질을 함유한 우유를 생산할 수 있는 젖소, 성장이 매우 빠른 연어, 질병 유포 능력을 감소시킨 모기, 유해미생물 오염을 억제하는 유산균, 병충해에 강한 성질을 지닌 옥수수, 독성물질을 흡수하고 저장할 수 있는 나무 등이 모두 유전자변형생물체의 범위에 해당한다.

유전자 변형 생물체(GMO)의 유형 유전자변형 박테리아 유전자변형 농작물 유전자변형 나무 유전자변형 동물 유전자변형 물고기 유전자변형 곤충

현대생명공학기술 이란? 인위적으로 유전자를 재조합하거나(유전자 재조합) 유전자를 구성하는 핵산(DNA)을 세포 또는 세포내 소기관으로 직접 주입하는 기술 (gene gun( 유전자총))

생명공학기술과 고전적인 육종기술은 어떻게 다른가?

유전자 재조합은 어떻게 이루어 지는가? 유전자 재조합기술은 형질 전환(Transformation)을 이용. 유전자의 확보 벡터의제조 식물체로 유전자 도입 형질전환체의 선발 우수한 형질의 선발

유전자의 확보 과거의 전통적인 방법의 육종에서는 교배가 가능한 종으로부터만 유전자를 얻었으나 이제는 어떤 종으로 부터도 유전자를 얻을 수 있음. Gene cloning-제한 효소 + 리가아제(ligase)+ E.coli 이용 PCR(Polymerase chain reaction)-Taq polymerase

벡터의 제조 벡터(vector)란 재조합 DNA를 만들기 위해 사용되는 일종의 원판 DNA 분자로서 형질 전달 매개체라고 할 수 있음. 즉 이 벡터에 새로운 DNA를 삽입하여 재조합 DNA를 만들고, 이것을 다른 식물체에 집어넣어 형질전환을 이루게 됨. 어떤 벡터를 사용해야 하는지는 다음 단계에서 어떤 방법으로 식물체에 유전자를 도입할 것인가에 따라 결정됨.

벡터의 제조

벡터의 제조 만약 ‘유전자 총’(미세 금속 조각 흔히 백금으로 유전자를 둘러싸서 발사하는 장치)을 이용해 이 벡터를 식물체에 집어넣는다면 특별한 과정이 필요하지 않음. 하지만 현재 가장 많이 이용되고 있는 아그로박테리움(Agrobacterium)이라는 토양 미생물을 이용한다면 이에 맞는 벡터를 이용해야함.

식물체로 유전자 도입

식물체로 유전자 주입

식물체로 유전자 도입 동물에 비해 식물은 형질전화 방법이 다양하지 않음- 식물의 두꺼운 세포벽 아그로박테리움 이용- 원하는 유전자를 벡터(플라스미드)에 넣고 대장균에서 클로닝 대량으로 얻어진 이 벡터(플라스미드)를 아그로박테리움에 형질전환 식물세포와 함께 배양. 이 때 이 박테리아가 이 벡터에 들어 있는 유전자를 식물세포의 핵으로 전이하여 식물세포의 염색체 DNA에 삽입 힝생제 이용 형질전환이 완료된 세포를 marker 유전자(표지 마커가 되는 유전자)를 이용해 선발

Agrobacterium tumofacience 이용법

GENE GUN 이용법

전기 충격법(Electrophoration)

식물체로 유전자 도입 유전자 총 이용-미세한 금가루나 텅스텐 가루에 유전자를 묻힌 후 기체의 압력을 이용해 세포 내로 유전자를 삽입. 장점-유전자를 특별한 벡터에 클로닝할 필요가 없고 빠른 시간 내에 결과 확인가능. 핵으로뿐만 아니라 엽록체로도 유전자 삽입가능. 단점-아그로박테리움의 이용에 비해 삽입된 유전자의 안정성이 떨어짐. 이외에 원형질체(Protoplast)를 만든 후 전기를 이용하든지 열을 이용하여 유전자를 삽입하거나 레이저 이용 방법 .

형질 전환체의 선발 형질전환시 도입하고자 하는 유전자와 함께 마커 유전자 도입. 이 마커 유전자를 이용해 유전자 도입 사실 확인. 가장 많이 사용되는 마커는 항생제 저항성 유전자로서 카나마이신 저항성 유전자나 하이그로마이신 저항성 유전자를 이용. GFP(green fluorescent protein) 마커를 사용할 경우 그 유전자가 잡초로 흘러들어가 슈퍼잡초 야기 가능성 제기. 무마커 형질 전환법 연구.

우수한 형질의 선발 우수한 형질을 식물체에 도입하는 것만으로 우수한 식물체 얻을 수 없음. 유전자 발현 조절-1.유전자 발현 단계 2.만들어진 단백질이 세포 내에서 제 위치에 배치 단계(신호 펩티드가 세포 내 위치 결정) 유전자 발현은 프로모터(주로 유전자 앞부분에 존재하는 DNA 염기서열)에 의해 조절. mRNA의 안정성, 그 단백질의 안정성에 의한 조절. 이렇게 증식한 세포에서 캘러스 유도, 잎이나 뿌리 유도, 식물체 재생.

유전자 재조합 기술의 장점 어떤 생물로부터 분리해낸 유용 유전자를 종의 벽을 넘어 다른 생물에 도입함으로써 농작물 개량 범위를 대폭 확대. 다른 유용한 성질 변화 없이 오로지 목적하는 성질만을 부여 가능.

유전자 재조합기술을 농림 수산업, 식품산업에 이용했을 때의 효과 획기적인 신품종의 창출. 21세기 100억 시대 식량문제, 지구환경문제 해결 가능. 농작물 품종개량의 범위 대폭 확대. 농작물을 이용하여 자연상태에서 분해되는 플라스틱 제품 생산 가능. 병충해 저항성 품종 개발로 인한 농약 사용량 감소.

제초제 저항성 농작물이란? 특정 제초제에 의한 영향을 받지 않도록 하는 단백질을 만드는 유전자가 들어 있어 그 제초제를 살포하여도 시들지 않는 농작물. 현재 농작물 재배시 파종과 수확까지 다수 살포. 식물의 종류에 구별없이 쓸 수 있는 제초제와 이 제초제에 영향을 받지 않는 농작물 재배-효과적인 시기에 제초제 살포 가능.-제초제 살포 횟수나 사용량 현저히 감소.

해충에 강한 농작물이란? 해충(나비목, 파리목, 딱정벌레)의 천적 미생물(예: 바실러스)에서 특정 해충만을 죽이는 단백질을 만드는 유전자(예: Bt 유전자)를 추출하여 농작물에 도입한 것이다. Bt 단백질이 살충력을 나타내기 위해서는 단백질이 곤충의 소화관 내에서 불완전 소화 + 독성 펩티드 인식 수용체 존재

유전자 재조합 농작물에는 제초제의 영향을 받지 않거나 해충에 강한 유전자가 도입되었다고 하는데 과연 인체에 안전한가? 유전자는 DNA로 되어 있는데 DNA는 섭취되면 소화돼버리므로 그 자체로 독성을 나타내지는 않음. 어떠한 단백질을 만들어내는가 등 그 기능이 알려져 있는 유전자만을 추출하여 사용하며 유전자에 의해 만들어진 단백질은 가열처리나 인공위액 등에 의해 분해됨이 확인. 안전성을 위한 급성 독성 시험 시행중.

유전자 재조합 농작물에는 제초제의 영향을 받지 않거나 해충에 강한 유전자가 도입되었다고 하는데 과연 인체에 안전한가? 이들 단백질은 또한 원래의 농작물에 함유된 단백질과 비교하면 그 양이 매우 적다. 예) 1996년 허가 받은 농작물에 대하여 도입 유전자에 의한 종자 내 평균 단백질 발현량을 보면, 생조직 1g당 제초제 저항성 대두에서는 0.288mg, 해충 저항성 옥수수에서는 5ng, 제초제 저항성 유채 10ug 제초제 저항성 대두, 유채, 해충저항성 감자,옥수수, 저장성 좋은 토마토 안전성이 확인 되어 미국,캐나다,영국의 식탁에 오르고 있다.

유전자 재조합 농작물에는 항생제 내성 유전자가 들어 있는 것이 있는데 먹어도 괜찮을까? 카나마이신-유전자 재조합 성공 여부 확인 항생제. 항생제에 내성 가진 유전자 도입 농작물 존재. 항생물질 내성 유전자 장내세균에 이행에 대한 우려. 식물에서 미생물로 유전자 이행 보고 없음. 식물 중의 항생제 내성 유전자는 소화기관 단시간 분해. 유전자가 이행한다 해도 프로모터등의 조절기구 존재.

황금쌀의 경제적 효과 추정 황금쌀은 비타민 A의 선구물질인 베타카로틴 생산가능하도록 쌀 유전자 변형. 세계적으로 2억 명 이상의 인구가 비타민 A 결핍, 5세 이하 280만 명의 유아들이 비타민 A 결핍으로 시력 상실. 식단의 다양화가 최선이긴 하지만 근근이 생계를 이어갈 능력 밖에 없는 사람들에게 식단의 다양화 불가능. 필리핀 소재 국제미작연구소(IRRI)에서 현지의 생산조건에 의거 황금쌀 품종개량 중. 초기 투자비용 300만 달러+적응 연구,안전성 평가 1000만 달러 소요. 건강 측면의 혜택을 경제적 혜택으로 환산하면 1억 3,700만 달러.

황금쌀

유전공학 우유 소의 성장 호르몬(BST=bovine somatotropin)-소의 뇌하수체, 송아지의 성장과 성숙한 젖소의 산유 촉진. 유전공학적으로 생산되어 젖소의 산유량을 20%까지 증가시킴. 호르몬의 상업적 이용허가-1994년 미국농부들에게 허용. 우려-왜 젖소에게 이미 가지고 있는 것을 투여해야 허는가? 산유량 쿼터 제도

유전공학 우유 중소 농가의 파산 진정한 BST의 수혜자-소비자가 아닌 농부 강제적 우유 생산- 비윤리적이며 젖소의 건강위협(주사 부위의 부풀음, 소화불량과 설사,식욕 감소, 임신율 감소,뼈의 약화 질병에 대한 저항력 감소등)- 항생제 등 더 많은 약물의 치료. = 인간에게 이행 가능성.

유전공학 우유 1994년 미국 국립과학 아카데미 농업부문 위원회-”BST를 투여한 젖소에서 나온 우유의 조성분과 영양분은 BST를 투여하지 않은 젖소의 우유와 근본적으로 동일하다.” 1996년- 세계적으로 15개 국가 BST 사용 승인. EU는 BST 사용을 2000년 까지 유예-반입금지.-이유로 제시 우유의 과다 공급, 안전성에 는 문제 제기 않음.

결론: GMO 식품의 이점 제초제나 농약과 같은 환경에 해로운 물질 사용 획기적으로 줄임.(환경적 효과) 향후 식량대란의 위험에 대한 대비. 맛과 영양을 획기적으로 개선하거나 약용 성분을 주입하여 영양 결핍을 해결.

GMO 식품의 부정적 견해 어떤 유전자의 기능이 사라질 수도, 불안정해질 수도 있다. 새로운 독소가 생겨날 수도 있다. 생태계 속의 야생 생물체에 어떤 영향을 줄지도 모른다.

GMO는 환경을 더욱 파괴한다 ! 해충 및 제초제 저항성 GMO가 갖고 있는 저항성 유전자는 쉽게 생태계 속으로 전이되며 그 결과, 해충과 잡초들이 저항성 유전자획득, 슈퍼잡초와 슈퍼해충이 탄생하게 되어 방제가 더욱 어려워지는 악순환 . 변종(돌연변이)이 출현하여 생태계를 교란하고 생물다양성이 파괴되고 획일화됨으로써 자연생태계의 순환구조를 파괴하는 결과 .

나의 견해 인간에게 아직 뚜렷하게 해롭다는 것이 증명되지 않았다고 안전성에 문제가 없다는 것은 오류이다. 생명공학자를 꿈꾸는 학생으로서 유전공학의 장및빛 이점을 이용하는 것이 옳다고 생각은 하지만 끊임없는 검사와 임상시험을 통해 안전성과 신뢰성에 대한 확인이 되어야 한다고 생각한다.