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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!

햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-21
체코 스타트업, 반려동물용 배양육 유럽 최초 승인

체코의 스타트업 베네 미트 테크놀로지스(Bene Meat Technologies)가 반려동물용 배양육에 대한 유럽연합(EU)의 승인을 획득했다. 이는 유럽에서 반려동물 사료용 배양육에 대한 최초의 승인 사례이다. 일본 매체 와이어드(WIRED)는 최근 베네 미트는 살아 있는 동물로부터 세포를 채취하여 깨끗한 환경에서 배양함으로써 고기를 생산하는 기술을 개발했다고 전했다. 이 과정에서 세포는 공기와 영양분을 공급받으며 성장한다. 반려동물 사료부터 인간용 배양육 생산 베네 미트는 현재 개와 고양이용 반려동물 사료 생산에 주력하며 상업 생산을 위한 준비를 진행 중이다. 미국의 바이오크래프트 펫 뉴트리션(BioCraft Pet Nutrition)도 이와 유사한 단계에 있으며, 미국 식품의약국(FDA)과 협의를 진행 중이다. 로만 크리츠 베네 미트의 CEO는 "현재 5개의 해외 사료 제조업체와의 협상을 진행하고 있으며, 이들과의 합의에 도달하는 것이 다음 목표다"라고 밝혔다. 베네 미트는 기본 배양육을 제조업체에 공급할 계획이며, 이들은 이를 더 개선하고 다른 재료와 혼합하여 최종 제품을 상용화할 계획이다. 크리츠 CEO는 "현재 시중의 많은 반려동물 사료는 도축 과정에서 나오는 부산물로 만들어지며, 실제 고기 함량이 매우 낮다. 우리의 제품은 고급 애완동물 사료 브랜드의 가격과 비슷할 것으로 예상한다"라고 덧붙였다. 이어서 베네 미트는 인간용 배양육 생산을 목표로 하고 있으며, 이를 위해서는 제품의 질감과 모양을 최종 다진 고기와 유사하게 조정하는 것이 중요하다. 크리츠 CEO는 "언젠가는 3D 프린터를 사용하여 배양육을 실제 스테이크처럼 보이게 할 수 있겠지만, 비용과 사업 확장 방법을 고려할 때 아직 갈 길이 멀다"라고 말했다. 배양육의 윤리·환경적 장점 베네 미트의 배양육 생산은 동물 사육과 도축이 필요하지 않다는 윤리적 이점이 있다. 또한, 생산에 필요한 에너지 소모가 적어 환경적 장점도 있다. 크리츠 CEO는 "배양육 생산이 소 사육보다 환경에 더 큰 영향을 미친다고 생각하지 않는다. 세포는 증식을 통해 스스로 열을 생산한다. 공기와 영양만 있으면 된다. 오늘날 거의 사용되지 않는 유기 원료는 배양액의 영양 공급원으로 사용할 수 있다. 그렇지 않으면 버려질 물건들이 재사용된다"라고 말했다. 체코, 배양육 개발 경쟁 가열 베네 미트가 반려동물 사료용 배양육을 생산하기 시작한 데 이어, 또 다른 체코 기업인 뮤어이(Mewery)도 돼지고기 버거 등 세 가지 배양육 프로토타입을 개발했다고 밝혔다. 뮤어이는 미세조류(Microalgiers)를 이용한 배양법을 사용하고 있다. 이 회사는 2026년에 첫 식용 배양육의 시범 판매를 시작할 계획이며, 이는 고급 육류 및 고급 야채 제품과 동일한 가격대로 제공될 것으로 예상된다. 뮤어이의 설립자인 로우먼 라오스(Roman Rouse)는 "우리는 일정량의 배양육을 생산할 수 있다는 것을 입증했으며, 앞으로 제품을 다양화하는 방법뿐만 아니라 더 많은 양을 생산하기 위한 핵심 조건도 알고 있다"라고 말했다. 이 회사는 제품 개발을 돕기 위해 미슐랭 스타 세프 등을 접촉한 것 외에도 다양한 식품 전문가를 초대하는 것을 고려하고 있다. 라오스는 배양육 산업의 성공 열쇠는 배지의 저렴한 비용이라고 말했다. 그는 "미세조수류는 일반적으로 사용 가능한 배양 방법보다 저렴한 비용으로 제품을 제공하는 데 사용할 수 있다"라고 말했다. 미국, 식용 배양육 판매 허가 첫발 미국 농무부(USDA)는 식당과 상점에 배양육을 제공하는 두 개의 스타트업을 승인했다. 캘리포니아에 본사를 둔 업사이드 푸드(Upside Foods)와 굿 미트(Good Meat)는 살아있는 닭 세포에서 배양한 닭고기를 판매할 예정이다. 이 배양육은 양조장의 발효 탱크와 유사한 대형 스테인리스 탱크에서 성장되며, 세포는 살아 있는 닭, 깃털, 수정란, 심지어 특수 유전자 은행에서도 채취할 수 있어 동물 도살이 필요 없다. 업사이드 푸드는 '롤러 병'이라 불리는 방법으로 얇은 조직을 배양하는 기술을 사용한다. 이 방법은 비용이 많이 들고, 소량의 고기를 생산하는 데 몇 시간의 노동이 필요하다. 반면, 굿 미트는 '유체 흐름 배양' 기술을 사용하여, 롤러 병 방법보다 효율적이고 대량 생산에 더 적합한 방법을 개발했다. 두 회사는 아직 구체적인 출시 일정을 발표하지 않았지만, 2023년 말까지 제품을 출시할 계획이다. 한국 배양육 시장 우리나라는 CJ제일제당, 신세계푸드, 풀무원 등이 배양육 개발에 뛰어들었다. CJ제일제당은 2024년까지 배양육 상용화를 목표로 하고 있다. CJ제일제당은 2023년 5월에 미국의 배양육 스타트업인 '비욘드 미트'와 합작법인을 설립했으며, 이를 통해 배양육 기술을 확보하고 있다. 신세계푸드는 2025년까지 배양육 햄버거를 출시할 계획으로 2022년 12월에 미국의 배양육 스타트업인 'JUST'와 파트너십을 체결했으며, 이를 통해 배양육 기술을 도입하고 있다. 풀무원은 배양육을 활용한 라면, 냉동식품 등을 개발하고 있다. 풀무원은 2022년 10월 미국의 배양육 스타트업인 '멤피스 미트(Memphis Meats)'와 업무협약을 체결했으며, 이를 통해 배양육 기술을 연구하고 있다. 배양육은 동물 사육과 도축을 필요로 하지 않기 때문에 윤리적, 환경적 이점이 있다. 또 육류 생산에 필요한 물과 에너지를 줄일 수 있다. 전 세계적으로 배양육 개발이 활발히 진행되고 있어 향후 몇 년 안에 배양육이 대중에게 보급될 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2023-12-06