정원과 공원이 언젠가 아바타의 외계 달인 판도라처럼 빛날 것이라는 공상과학의 꿈은 수십 년 전이다. 식물에 유전자를 연결하여 빛을 발하게 하려는 초기 시도는 1980년대로 거슬러 올라간다. 그러나 실험에서는 빛이 거의 방출되지 않았고 특별한 음식이 필요했다.

그러다가 2020년에 과학자들이 획기적인 발전을 이루었다. 빛나는 버섯의 유전자를 추가하면 특별한 관리가 필요하지 않은 밝게 빛나는 표본이 생성되었다. 팀은 접근 방식을 개선하여 지난 달 식물의 발광성을 100배까지 높였으며 이를 판매하기 위해 Light Bio라는 스타트업을 분사했다.

Light Bio는 지난 9월 USDA 승인을 받았으며 이번 달에는 반딧불이 피튜니아라는 이름의 지속적으로 빛나는 최초의 식물이 미국에서 공식적으로 구매 가능하다고 발표했다. 피튜니아는 평범한 사촌인 녹색 잎, 흰색 꽃처럼 보이고 자라지만, 해가 진 후에는 부드러운 녹색으로 빛난다. 회사는 자사 웹사이트에서 해당 식물을 29달러에 판매하고 있으며 50,000그루의 작물이 4월에 배송될 것이라고 밝혔다.

“이것은 합성생물학의 놀라운 성과이다. Light Bio는 아바타의 판도라에서 살고자 하는 솔라펑크의 꿈에 더 가까이 다가갈 수 있는 도약을 제공하고 있다.”라고 Light Bio 파트너인 Ginkgo Bioworks의 CEO이자 공동 창립자인 제이슨 켈리(Jason Kelly)는 성명에서 말했다.

글로우 업

합성생물학에서는 빛나는 식물과 동물이 수년간 주요 소재였다. 과학자들은 의도한 생물학적 과정이 효과를 발휘했다는 시각적 증거로 유기체가 빛나도록 유전자를 삽입하는 경우가 많다. Light Bio의 공동 창업자이자 CEO인 케이스 우드(Keith Wood)는 식물 분야의 접근 방식의 선구자였다. 1986년에 그는 담배 식물에 벌레의 특징적인 빛 뒤에 있는 분자인 루시페린을 생성하는 반딧불 유전자를 부여했다. 그 식물들은 약하게 빛을 발했지만, 화학 반응을 위한 연료를 공급하기 위해서는 특별한 식물성 먹이가 필요했다. 나중에 연구에서는 생물발광 박테리아의 유전자를 대신 시도했지만 식물도 마찬가지로 희미했다.

그런 다음 2020년에 Light Bio 공동 창업자인 카렌 사르키시안(Karen Sarkisyan)과 일리아 얌폴스키(Ilia Yampolsky)가 포함된 팀은 빛나는 버섯인 네오노토파누스 남비(Neonothopanus nambi)로 전환했다. 버섯은 카페인산(식물에서도 흔히 발견되는 분자)과 관련된 화학 반응을 일으켜 루시페린과 빛을 생성한다. 과학자들은 관련 유전자를 담배 식물에 접합한 결과 추가 성분이 필요 없이 식물도 빛을 발한다는 사실을 발견했다.

그들은 나중에 피튜니아의 유전자를 시험해 본 결과 그 효과가 훨씬 더 뚜렷하다는 것을 발견하고 연구를 개선하기 시작했다. 지난 1월 네이쳐 메소드에 발표된 논문에서 연구팀은 발광을 더욱 향상시키기 위해 다른 버섯의 유전자를 추가하고 방향성 진화를 사용했다. 몇 가지 유전자 모음을 실험한 후, 그들은 여러 종에서 작동하고 밝기를 크게 높이는 조합에 도달했다.

여기에서 그들은 발광성을 10배까지 더 높이고, 라인업에 다양한 색상을 추가하고, 다양한 식물 품종으로 작업을 확장하기를 희망한다.

연구실에서 거실로

식물은 과학적 성과지만, 상용 제품의 탄생과 승인도 주목할 만하다. 인기 있는 2013년 Kickstarter를 포함하여 사람들에게 빛나는 식물을 제공하려는 이전 시도는 실현되지 않았다.

지난 가을, USDA는 Light Bio에게 반딧불이 피튜니아를 일반 대중에게 판매할 수 있는 권한을 부여했다. 승인은 설명된 식물이 자연적으로 발생하는 피튜니아에 비해 농업에 새로운 위험을 초래하지 않는다고 결론지었다.

노스캐롤라이나 주립대학교 유전 공학 및 사회 센터의 공동 소장인 제니퍼 쿠즈마(Jennifer Kuzma)는 지난해 Wired에 USDA가 좀 더 철저한 검토를 했으면 좋았을 것이라고 말했다. 그러나 최근 네이쳐가 접촉한 과학자들은 큰 우려를 표명하지 않았다. 식물은 주로 실내나 정원에서 재배되며 침입성으로 간주되지 않으므로 새로운 유전자가 다른 종에 침투할 위험이 낮다. 그러나 쿠즈마가 지적했듯이 그 위험은 얼마나 많이 재배되고 어디에 뿌리를 내리는지에 따라 달라질 수 있다.

가정용 시스템의 매력을 넘어, 여기서 작동하는 시스템은 농업에도 적용할 수 있다. 스페인의 식물 생물학자인 디에고 오르자에(스Diego Orzáez)는 루시퍼라제 시스템을 다른 식물로 확장하고 있다. 그는 그러한 식물이 문제가 있을 때만 빛을 발하기 시작하여 농부들이 드론이나 위성을 사용하여 작물 건강을 빠르게 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 것을 상상한다.

다른 새로운 유전자 변형 식물도 곧 우리의 길을 향하고 있다. 이번 달부터 정원사는 항산화 물질이 풍부한 생명 공학 보라색 토마토의 씨앗을 구입할 수 있다. 또 다른 스타트업은 공기 중의 유해 화학물질을 걸러내는 유전자 조작 관엽식물을 개발하고 있다. 그리고 pairwise는 CRISPR를 사용하여 더 부드러운 케일, 씨 없는 베리, 씨 없는 체리를 만들고 있다.

“유전자 변형 식물에 대한 사람들의 반응은 복잡하다.” 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 식물 생물학자인 스티븐 버제스가 네이처에 말했다. 이는 부분적으로 논란이 많은 기업과의 연관성과 우리 몸에 들어가는 물질에 대한 걱정 때문이다. 새로운 야광 피튜니아는 대기업의 제품이 아니다. 실제로 사르키시안은 Light Bio가 사람들이 식물을 공유하는 것에 대해 지나치게 호전적일 계획이 없으며 음식도 아니라고 말했다. 그러나 그들은 설득력이 있다.

드류 엔디(Drew Endy)는 인터뷰에서 “그들은 사람들이 경이로운 입장에서 생명공학을 경험하도록 초대한다.”라고 말했다. 대중적인 공상 과학 소설을 불러일으키는 것 외에도 아마도 이러한 사례는 더 많은 청중에게 합성 생물학의 가능성과 위험을 소개하고, 사려 깊은 대화를 시작하고, 사람들이 스스로 선을 긋는 데 도움을 줄 수 있다.

이미지 출처 : Light Bio