최근, 유전자교정 작물의 상업화 승인 건수가 급속하게 늘어나고 있으며, 국내에서도 유전자교정 작물의 개발에 대한 집중적인 투자를 통하여 국제경쟁력을 높이기 위하여 노력하고 있다. 그러나 기존의 유전자변형작물의 상업화 과정에서 끊임없이 제기되어온 인체 및 환경에 대한 잠재적인 위해성 논란이 유전자교정 작물에 대하여서도 제기되고 있다. 특히, 비의도적 돌연변이(off-target)가 가장 큰 논란의 중심이 되고 있다. 따라서 본 리뷰는 식물이 내포하고 있는 장점인 배수체, 체세포 돌연변이 그리고 자연 상태에서 아그로박테리아의 T-DNA 단편의 수평 전이로 창출된 자연적인 유전자변형작물과 기존에 상업화가 승인된 유전자변형작물 이벤트들의 게놈 내 비의도적 돌연변이 사례 등을 검토한 결과 유전자교정 작물에서 나타나는 대부분의 비의도적 돌연변이는 인체 및 환경에 미칠 수 있는 위해성을 우려할 만한 수준이 아니라고 할 수 있었다. 이에, 유전자교정 작물의 안전성 평가를 위하여 새로운 규정을 제정할 필요가 없으며 기존의 유전자변형작물의 안전 관리규정을 일부 "용어의 정의" 등만 개정하여 적용하면 충분할 것으로 사료 되었다.
우리나라에서 미승인 품목인 유전자변형 감자 EH92-527-1를 검출하기 위한 duplex PCR 검사법이 개발되었다. 감자의 내재유전자로 UDP-glucose pyrophosphorylase (UGP)가 선별되었고, 14개 다른 작물을 이용하여 특이성이 확인되었다. 유전자변형 감자에 삽입된 T-DNA 영역과 감자 게놈 사이의 연결 부위를 증폭하도록 프라이머 EH92-F/R 쌍이 제작되었고, 몇 개의 다른 유전자 변형 작물을 이용하여 특이성이 확인되었다. 서론에서 언급한 바와 같이 BASF사에서 각 개발된 유전자변형 감자 EH92-527-1과 BPS-A1020-5가 GBSS 유전자를 동일하게 포함하고 있으나 본 연구에서 개발한 검사법은 event-specific primers를 이용하였기 때문에 유전자변형 감자 EH92-527-1에만 특이성을 나타낸다. 이와 같이 개발된 duplex PCR 검사법의 검정한계치는 약 0.05%이다. 이러한 duplex PCR 검사법이 우리나라에 미승인 유전자변형 감자의 모니터링에 유용하게 사용될 것으로 판단한다.
식품용 및 사료용 유전자변형작물은 매년 국내에 수입이 되고 있으며 유전자변형 캐놀라는 중요한 수입 작물 중의 하나이다. 유전자변형작물의 국내 재배는 허용되고 있지않지만 수입양은 매년 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 2009년부터 2013년까지 전국 9개 도를 대상으로 국내 수입된 유전자변형 캐놀라의 자연생태계 내 유출 정도를 파악하고자 모니터링을 실시하였다. 모니터링 조사는 항만, 사료공장, 축산농가, 운송로, 축제지 주변을 대상으로 실시하였다. 채집된 유전자변형 캐놀라 의심시료는 DNA에 기반을 둔 방법과 단백질에 기반을 둔 방법으로 분석하였다. 총 1850개 지점 조사에서 총 595개의 의심시료를 발견하였으며 6개의 유전자변형 캐놀라를 확인하였다. 국내 수입 승인된 단일이벤트 T45, MS8, RT73, Rf3, Topas 19-2의 primer를 사용한 PCR반응을 통해 2개의 glyphosate 저항성을 가지는 이벤트와 4 개의 glufosinate-ammonium에 저항성을 가지는 이벤트를 확인하였다. 본 연구를 통해 자연환경 모니터링 연구가 자연생태계 내의 유전자변형작물의 비의도적 유출을 예방하기 위해 매우 유용하다는 것을 알 수 있으며 사후관리를 수행하기 위한 기초자료를 구축하는데 활용될 것으로 사료된다.
유전자변형 작물의 상업화를 위해서는 유전자변형 작물이 식품으로서의 안전성과 환경에 미치는 영향에 관한 평가가 이루어져야한다. 이를 위해 개발자는 유전자변형 작물의 방출이전에 유전자변형 작물 개발에 관한 정보를 제출해야만 한다. 본 연구는 유전자변형 작물의 환경 위해성 평가를 위한 분자생물학적 자료를 제공하고자 수행하였다. 아그로 박테리움 형질전환법을 통하여 해충저항성 CryIAc 유전자가 도입된 배추 형질전환체를 획득한 후, 분자생물학적인 분석을 통하여 유전자의 copy수, 안정성, 식물체내에서의 발현을 확인하였고, T-DNA의 배추게놈내의 인접서열을 분석하였다. T-DNA의 게놈내 삽입 인접서열을 바탕으로 유전자변형 배추를 동정할 수 있는 프라이머를 제작하였고, 이를 이용한 검정방법을 수립하였다. 계통 특이 프라이머를 이용한 해충저항성 배추 후대의 PCR 분석결과와 제초체 처리결과가 서로 일치하였다. 본 연구 결과로 환경위해성 평가를 위한 해충저항성 배추의 분자생물학적인 자료를 획득하였으며, 개발된 프라이머는 해충저항성 배추의 검출을 위하여 유용하게 사용할 수 있음을 확인하였다.
유전자변형 작물을 종자로 판매하거나 식품, 사료 혹은 가공용으로 이용하기 위해서는 반드시 관련 기관의 승인을 받아야 한다. 관련부처에서는 유전자변형 작물의 승인에 앞서 환경위해성 평가 자료가 과학적으로 타당한지 검토한다. 환경위해성 평가 중 유전자변형 작물이 토양 미생물 군집에 미치는 영향은 충분히 연구되지 못한 분야이다. 최근 토양 환경내 미생물 군집의 특성을 연구하기 위한 발전된 방법들이 개발되고 있다. 배양에 의존적인 또는 비의존적인 기술에 의한 토양 미생물의 군집 특성을 조사한 연구와 유전자변형 작물의 환경위해성 평가 적용 가능성을 고찰하였다. 유전자변형 작물의 토양미생물 영향 평가는 사안별 평가 원칙에 의해 이루어져야 한다. 신뢰할 수 있고 상세한 토양 미생물 평가가 이루어지기 위해서는 다양한 분석 방법의 조합이 필요하다.
유전자변형작물의 이점과 잠재적 위해에 관한 다른 사회적 인식은 각국에서 다른 반응을 유발시켜왔다 한국을 포함한 많은 국가는 새로운 규제를 제정하기 위해 부심하고 있다 한국은 최근에 3% 이상의 유전자변형작물 혼입을 포함하는 모든 식품에 표시제를 실시하였다. 유전자변형작물 혼입을 신속하고 간편하게 검출하는 방법의 하나는 PCR에 의한 도입 DNA의 증폭이다 이 목적을 위한 많은 PCR kit가 시판되고 있어, 본 연구는 이들 상업화된 유전자변형작물 검출 kit의 성능을 시험하였다. 그 결과 이들 15개 kit 중 6개는 안정성, 재현성 및 검출 한계의 측면에서 제작사 스스로 제시한 요구조건도 충족하지 못하여 이들 kit의 개발 및 생산 단계에서 품질관리에 문제점이 있음을 시사하였다 본 시험은 또한 duplex와 triplex검출 kit가 단일 PCR 반응에서 명백한 검출을 보장할지라도, monoplex 검출 kit의 검출 능력이 가장 높다는 것을 시사하였다. 또한, kit들은 콩과 옥수수 사이에서 다른 검출 한계를 보였다. 본 연구의 결과는 GM 작물의 재배, 국가간 이동, GM 작물을 사용한 식품 생산 과정의 모니터링 뿐만 아니라 GM작물과 관련한 정부의 법규를 준수하기 위한 GM작물의 혼입의 건전한 과학적 추적체계의 개발에 유용할 것이라 사료된다.
유전자변형 작물이 절지동물에 미칠 수 있는 잠재적인 부정적 영향은 유전자변형 작물의 주요한 환경위해성의 하나로 여겨지고 있다. 본 연구에서는 PPO (protoporphyrinogen oxidase) 저해 제초제 내성 유전자변형 벼가 절지동물에 미칠 수 있는 영향을 평가하기 위하여 절지동물의 다양성과 군집구조를 조사하였다. 절지동물은 야외포장에서 벼의 생육기간 동안 황색점착트랩을 이용하여 채집하였다. 유전자변형 벼는 채집된 절지동물군집의 다양도 지수에 유의한 영향을 주지 않았다. 또한 다변량분석(PerMANOVA, NMDS) 결과에서도 절지동물군집 구조는 채집시기에 따라 달랐지만 벼의 유전형(유전자변형 또는 비변형)에 의해 영향을 받지 않았다.
형질전환 작물 개발시, 위해성 평가에 영향을 미치게 될 요인들을 파악하고, 이에 대한 과학적 근거의 마련을 위한 실험 자료 생산계획의 확립과 실험을 진행하는 것이 매우 중요하다. 또한 유전자변형작물을 개발한 후 정부의 승인을 위한 과학적이고 신뢰할 만한 자료를 축적하기 위해서는 오랜 기간과 많은 자본이 투입된다. 이에 따라, 본 연구에서는 CMV 저항성 유전자변형 고추에 대한 평가분석 연구를 통해 유전자변형작물의 환경위해성 평가를 수행하는데 있어 도입유전자 확인을 위한 평가서 작성을 위해 요구되는 서던 분석을 위한 탐침 포화, 도입유전자의 발현 해석을 위한 RT-PCR, ELISA 실험에 관한 사례를 제시하고자 하였다. 서던 분석을 위해 삽입 유전자 전체 서열의 확인이 가능한 10개의 부분적으로 겹치는 탐침을 제작하였다. 서던 분석 결과, 고추에 도입된 외래유전자가 단일사본으로 존재하여, 게놈전체에서 도입된 위치 이외에 상동성을 갖는 다른 조각 부위가 없음을 확인하였으며, 도입유전자 전체의 안정성을 확실히 입증할 수 있었다. 그와 더불어, 역전사 중합효소 연쇄반응 및 효소면역법 실험을 통하여, CMV 저항성 고추의 잎, 과실 등과 같은 주요 기관에서의 삽입 유전자에 대한 안정적인 발현을 확인 할 수 있었다.
최근 급격히 증가되는 유전자 변형 식품의 안정성 논란과 관련하여 콩나물 및 콩나물 원료에 사용되는 국산 및 수입산 콩에 대한 유전자 변형 유전자의 정량 검사를 실시하고, 미량이나마 함유된 변형 유전자의 도입과정에 관한 연구를 실시하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 1.콩나물의 유전자 변형 농산물 검사는 2000년과 2001년에 원료콩 96건, 완제품 123건 등 총 219차례 실시하였다. 2. 원료콩에서는 단 한 건의 양성반응도 없었던 반면, 완제품에서는 2000년에 3건, 2001년에 8건에서 0.01-0.17%의 함량으로 CP4EPSPS 또는 35S promoter도입유전자가 검출되었으며 이는 법적 기준치인 3%보다 훨씬 낮은 비의도적 혼입이었다. 3. 외래유전자가 검출된 11건의 완제품은 국산콩으로 만든 7개 제품과 중국산 수입콩으로 만든 4개 제품이었다. 4. 이들 도입 유전자의 원료콩 및 제조과정 중 유입 경로를 확인하기 위하여 다양한 시료를 검사하였다. 샘플은 양성반응제품 원료콩 전수검사, 원료콩 표면, 저장고 바닥 및 정선기 주변, 그리고 콩나물 제품 포장 필름 표면 및 포장지 원료로 사용되는 옥수수 타분의 유전자 변형 여부를 정량검사하였다. 이들 중 두 개의 옥수수 타분 시료에서만 0.1%의 35S promoter 유전자가 검출되었다. 5. 콩나물 포장 공정 중 옥수수 타분을 사용하는 포장지에서 유래되는 변형 유전자 오염을 제시하였다. 향후, 콩나물 변형 유전자 검사시 용수, 필름 표면 등 제품주변에 존재하는 도입 유전자의 정량분석 방법 구축과 원료콩 샘플 방법 및 샘플량의 표준화가 시급히 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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