바이오농업, 양잠에 유전자재조합 접목
바이오농업 분야에서는 유전자재조합(GM)으로 개발된 누에농업이 첨단기술과 전통농업 결합 형태로 주목받고 있다.
대형 양잠공장의 GM 누에는 진단시약과 연구용 단백질 생산에 응용돼 최근 사업화에 성공한 것으로 알려졌다.
GM 누에가 생산하는 견사에 형광색, 강도·신도를 부여한 고기능 소재 상품화를 비롯해 GM 단백질을 생성하는 숙주에 활용하거나 인공혈관 등 의료용 재료나 의약용 단백질 연구개발을 추진하는 사례가 급속도로 늘어나고 있다.
산업화를 염두에 둔 케이스에는 일본 농업생물자원연구소가 Tsukuba에서 실시하고 있는 연구개발 프로젝트가 주목되고 있다.
농업생물자원연구소는 생물다양성 보존을 위해 유전자재조합 생물 등을 활용할 때 필요한 규제조치를 정한 카르타헤나(Cartagena)법의 「제1종」 승인을 얻어 GM 양잠실험을 실시했다.
Gunma 양잠기술센터도 생물연과 공동으로 2015년 「산업이용 제1종」 승인을 얻어 녹색형광단백질(GFP) 함유 견사 생산 누에 「HC-EGFP Gunma X HC-EGFP200」의 사육실험을 시작했다.
사육실험을 통해 GM 누에를 양잠농가와 비슷한 환경과 방법으로 사육한 누에고치의 품질 및 품질안정성을 조사하고 생육·행동특성을 연구해 얻은 정보를 바탕으로 생물다양성 영향평가 등 데이터를 수집한다.
파일럿 양잠시설을 구축해 격리사육구획 안에서 실험을 실시함으로써 농가사육 관리방법 확립과 코스트 절감, 대량 사육기술 개발을 추진할 방침이다.
Gunma 양잠기술센터는 「산업이용 제2종」 승인을 얻어 그동안 엄격한 확산방지 조치에 취해졌던 양잠시설을 누에유충 사육소에 설치해 일본 최초로 실용 사육하고 있다.
면역생물연구소 위탁으로 의약품 원료로 사용 가능한 단백질 원료로 GM 누에고치를 생산해 수요기업에 공급하고 있다.
최첨단 유전자기술로 신품종 연구 활발
새로운 육종기술(PBT: Plant Breeding Technique)도 바이오 농업·수산업 연구분야로 주목받고 있다.
PBT는 분자생물학을 농산물에 응용한 기술로 DNA 마커 선정을 비롯해 기존에 실시해온 교잡육종, 돌연변이육종 프로세스의 일부에 GM기술을 도입해 대상 농산물에 유용한 형질을 정교하게 이식할 수 있다.
일본 농림수산성 연구회는 2015년 9월 「게놈 편집기술 등 새로운 육종기술을 활용한 농산물 개발 및 실용화」 보고서에서 미래에는 PBT가 신품종 교배에 유망한 기술이 될 것이라고 밝혔다.
게놈 편집기술로 알려진 ZEN을 비롯해 ODM(Oligonucleotide- Directed Mutagenesis), 시스제네시스(Cis Genesis), DuPont Pioneer가 실용화에 성공한 SPT(Seed Production Technology) 등을 예로 들어 각각의 특성과 당면한 규제에 대해서도 설명하고 있다.
PBT는 GM기술을 이용했을 때 엄격한 규제의 대상이 될지 여부가 논의되고 있으며 유럽에서도 규제상 어떻게 취급할지 명확히 결정하지 않은 것으로 알려졌다.
일본에서는 Iwate대학 등이 과일나무 세대촉진법 연구를 진행하고 있다. 사과에서 발견된 바이러스에 조기 개화를 촉진하는 유전자를 삽입하는 연구를 바탕으로 포도, 배 등에도 도전하고 있다.
해당기술이 확립되면 보통 10년 정도 걸리는 개화부터 결실까지의 기간을 1년 이내로 단축할 수 있고 수십년이 필요했던 신품종 개발도 7-10년에 가능해질 것으로 기대되고 있다.
일본 농연기구 작물연구소와 생물연에서는 작물 옥수수 육종에 이용되는 「순환선발육종법」을 벼에 적용하기 위한 개량기술에 PBT를 도입함으로써 5년에 걸쳐 독자적 시스템 구축 연구를 진행할 방침이다.
옥수수는 수정이 다른 개체에서 일어나는 작물로 시스템이 구축되면 개발 프로세스에 도입될 외래 유전자가 남지 않는 다수성 벼 품종 개발을 더욱 가속화할 수 있는 것으로 기대되고 있다.
생물연은 인공제한효소를 도입해 농작물 게놈에 유전자 변이를 유발하는 기술과 「Piggy Bac」 트랜스포존(Transposon)을 도입한 외래 유전자 제거기술 개발을 추진하고 있으며 알레르겐 물질이 없는 벼, 싹 부분에 독소가 없는 감자, 올리고당 함유량이 많은 감미 자원작물 등 단기간에 개발이 가능한 독자적인 기술 플랫폼 확립에 나서고 있다.
세계 GM작물 시장은 2014년 재배면적이 1억8150만ha로 2013년에 비해 630만ha 확대된 것으로 나타났고 2014년에는 재배국이 방글라데시를 포함 28개국으로 늘어났다.
아시아 지역에서는 중국, 인디아를 중심으로 재배면적이 확대되고 있으며 중국은 Bt면화 도입률이 93%, 인디아는 95%에 달하고 있다.
베트남은 식용 GM 옥수수 상업재배를 승인해 2015년부터 종자 공급이 시작됐으며, 인도네시아에서도 건조내성 사탕수수 재배가 승인을 받아 실용화될 것으로 예상된다.
미국에서는 식품가공 메이저 J.R. Simplot이 개발한 감자칩용 GM 감자 「Innate」가 GM작물의 새로운 가능성을 제기한 사례로 평가받고 있다. Simplot는 「Innate」를 400ha 재배하고 2015년 3월 미국 식품의약국(FDA) 승인으로 테스트 판매하고 있다.
일본은 2013년 옥수수, 대두, 볍씨, 면 등 주요 GM작물 수입량이 약 1610만톤에 달했고 4개 작물이 82%를 차지한 것으로 나타났다. 일본은 GM작물을 재배하지 않고 있다.
바이오플래스틱, 다양한 분야 신규용도 개발
바이오 플래스틱은 용도가 꾸준히 확대되고 있는 가운데 후발기업 진입이 늘어나면서 경쟁이 심화될 것으로 예상된다.
바이오 플래스틱은 글로벌 생산능력이 2013년 513만톤에서 2020년 1700만톤으로 3.3배 확대되고 플래스틱 전체 생산능력의 2%에서 4%까지 늘어날 것으로 예측되고 있다.
용도 확대를 견인하고 있는 것은 바이오 PE(Polyethylene)와 PET(Polyethylene Terephthalate)로 모두 식물 베이스로 대체한 Drop-In형 소재이며 기존 설비에서 생산이 가능하기 때문에 수요기업 입장에서도 도입이 복잡하지 않아 화학 메이저들이 최근 설비 도입을 확대하고 있다.
일본 디즈니랜드를 운영하고 있는 OLC(Oriental Land)는 물품 판매시설에서 제공하는 포장용 비닐에 식물 베이스 PE를 도입했다.
2015년 7월부터 잡화를 판매하는 전 점포에 바이오 PE가 원료의 40%를 차지하는 포장용 비닐봉투를 사용하기 시작함으로써 라이프사이클당 이산화탄소(CO2) 배출량을 기존 석유 베이스에 비해 20% 정도 감축한 것으로 알려졌다.
PLA(Polylactic Acid)는 바이오 플래스틱 보급에서 일익을 담당하고 있다.
환경대책이 더욱 강화되면서 친환경 수지 수요가 확대되고 있기 때문이다. 특히, 중국은 비생분해성 수지로 만든 봉투를 규제하려는 움직임이 나타나기 시작했고 Jilin에서는 생산·판매를 금지하고 있다.
미국에서도 세안제와 치약 생산에 투입되는 미세 플래스틱 입자가 하천, 호수에 유입돼 환경오염을 일으킬 수 있다는 우려가 높아지고 있다.
Zhejiang Hisun Biomaterials은 2006년 PLA 5000톤 플랜트를 1만5000톤으로 3배 확대해 중국, 유럽, 미국, 일본 시장에 공급하고 있다.
Yamaha는 Toray가 개발한 PLA계 「Ecodia」를 원료로 생산한 알토 리코더를 2015년 10월부터 판매하기 시작했고 기존에 사용했던 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)보다 라이프사이클 전체의 이산화탄소 배출량을 20% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
Yamaha는 2014년 10월부터 「Ecodia」를 투입해 생산한 소프라노 리코더 판매를 시작했으며 좋은 평가를 받아 알토 리코터도 출시한 것으로 알려졌다.
Mitsubishi Chemical은 식물 베이스 원료 이소솔바이드(Isosorbide) 엔지니어링 플래스틱 「Durabio」를 생산하고 있다.
「Durabio」는 Mazda자동차의 「Road Star」, Suzuki자동차의 「Alto Lapin」 내장재에 채용됐고 샤프(Sharp)도 최신 스마트폰 전면 패널에 적용하고 있다. 내충격성, 내후성, 내열성 뿐만 아니라 투명성이 높아 광학적 오류가 발생하지 않는 점이 높은 평가를 받고 있다.
