미국의 과학자들은 환경에 미치는 영향을 줄이면서 종이 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있는 나무를 개발하기 위해 유전자 편집 기술에 인공지능(AI)을 활용했다.

미국 노스캐롤라이나 주립대 연구팀은 크리스퍼(CRISPR)이라는 유전자 편집 도구를 사용해 174개의 변형된 나무 계통을 만들어 냈다고 과학 전문매체 더쿨다운이 지난 3월 30일(현지시간) 전했다.

이번 연구의 목적은 종이 생산 효율을 높이고 환경 영향을 줄이는데 있다.

나무의 약 25%는 리그닌이라는 물질로 구성되어 있다. 리그닌은 나무가 더 높게 자라고 햇빛을 더 많이 받는 데 중요한 역할을 하지만, 종이 산업에서는 제품의 질을 떨어뜨리기 때문에 제거해야 한다.

노스캐롤라이나 주립대 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 리그닌이 적은 나무를 만드는 방법을 연구했다. 연구팀은 포플러 나무에서 이상적인 표본을 만들기 위해 변형할 수 있는 유전자를 식별하는 예측 기계 학습 모델을 사용했다.

단일 유전자 편집은 리그닌 함량을 줄이는데 실패했다. 이는 CRISPR을 사용해 다중 유전자 변경을 수행하면 리그닌 함량을 줄어들어 제지 생산에 효과적이라는 것을 나타낸다. 

연구팀은 또한 나무에서 리그닌이 감소되면 펄프 생산과 관련된 온실가스를 최대 20%까지 줄일수 있다고 설명했다. 

연구팀은 CRISPR이라는 유전자 프로그래밍 기술을 사용하여 마침내 174개의 리그닌 변형 나무 계통을 만들어 냈다. 이 나무들은 6개월 동안 온실에서 재배되었으며 야생 나무와 비교해 목표 특성이 개선됐다. 리그닌 함량은 최대 29% 감소했고, 셀룰로오스-리그닌 비율은 최대 228% 증가했다.

연구 공동 저자인 노스캐롤라이나 주립대 산림 생물공학자인 잭 왕(Jack Wang) 박사는 "이 연구는 분명히 기존 연구의 한계를 뛰어넘는 성과"라고 말했다.

이 연구는 지난해 7월 '사이언스(Science)' 저널에 발표됐다. 

변형된 나무 중 많은 나무들은 생장 속도가 느렸지만 과학자들은 CRISPR으로 변형된 목재가 섬유 생산 효율을 높일 것으로 예상하고 있다. 또한 리그닌 함량이 적으면 제거하는 데 필요한 에너지와 화학 물질의 양이 줄어 환경 오염을 줄일 수 있다.

이번 연구는 농업 생산성을 높이고 인간과 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 기여하는 여러 혁신 중 하나다. 

예를 들어, 프랑스의 한 스타트업은 공기 정화 능력이 기존 식물의 30배 이상인 식물을 개발하고 있으며, 이는 도시 대기 오염 문제에 도움이 될 수 있다.

또한 과학자들은 농작물이 기온 상승에 적응하도록 돕는 혁신적인 방법을 찾고 있다. 한 연구팀은 가뭄에 더 잘 견디는 밀을 개발했다.

이스라엘의 농업기술 스타트업 살리코프는 최근 지구 온난화로 인한 극심한 가뭄으로 토양의 염분농도가 극단적으로 높아지고 있는 스페인에서 염분 토양에서도 잘 자랄수 있는 토마토와 알팔파 등을 재배하는 기술을 테스트하고 있다.   

오염을 줄이면 지구 온난화를 억제하는 데 도움이 되며, 이는 극한 기후 현상으로부터 지역 사회를 보호하고 기후 재앙으로부터 식량 공급을 보호하는 데 중요하다.