[뉴스스페이스=이종화 기자] 최근 대만 연구진이 이산화탄소(CO2) 포집 능력을 획기적으로 강화한 식물을 개발하면서 기후변화 대응 및 식량 생산의 패러다임을 바꿀 혁신이 주목받고 있다.
WebproNews, Science, eLife, Yale Environment 360, Nature Communications, Harvard Magazine에 따르면, 대기 중 CO2를 기존보다 최대 3배 빠른 속도로 흡수하고, 추가적인 관개 없이도 성장 속도와 종자 수확량을 2~3배 높일 수 있는 새로운 합성 대사 경로 ‘McG 경로’를 도입한 것이다. 이 성과는 미생물 대사 시스템에서 영감을 얻어 첨단 합성 생물학과 유전자 편집 기술을 접목해 이뤄냈다.
이는 성장 속도 및 종자 수확량을 추가적인 물 없이도 높일 수 있는 새로운 대사 경로를 갖춘 식물개발을 의미한다. 나아가 기후 완화와 농업 생산성 향상을 위한 식물 생명공학 분야에서 중요한 진전을 보여줬다.
McG 경로는 CO2를 직접 해당작용과 주요 대사 속으로 신속히 전달해 광합성 과정에서 에너지 낭비를 불러오는 광호흡 현상을 최소화한다. 특히 고온과 가뭄 같은 환경적 스트레스 조건에서도 자연 상태의 식물보다 훨씬 효율적인 탄소 고정 능력을 보여, 작물 생산성과 탄소 격리 효과를 크게 높인다. 이로 인해 유전자 조작된 담배 식물 모델에서 실험한 결과, 건조 중량이 2~3배 증가함이 확인됐다.
또한 기존 연구에 따르면, 자연계 식물들은 RuBisCO 효소가 CO2 대신 산소를 결합해 광호흡으로 인한 에너지 손실이 크지만, McG 경로와 같은 혁신적 합성 경로는 이를 우회해 탄소 고정 속도와 효율을 극대화한다. 이는 C3 식물의 한계 극복 및 기후 변화 조건에서의 생산성 유지측면에서 큰 의미가 있다.
이와 함께 최근 과학계에서는 두 가지 이상의 탄소 고정 경로를 동시에 작동시키는 ‘이중 탄소 고정 전략’도 활발히 연구되고 있다. 이 전략은 포스포엔올피루브산 카복실라제(PEPC)를 추가 활용해 광호흡 산물인 글리콜레이트를 아세틸-CoA로 전환, 성장뿐 아니라 지질 생성력까지 향상시키는 복합적 효과를 낸다. 자연 박테리아보다 더 높은 생체량 생산을 확인한 사례도 보고되어 농업과 바이오에너지 산업 전반에 혁신적 기여가 기대된다.
기후 위기의 심각성이 더해지는 가운데, 식물의 자연 탄소 흡수량이 기존 추정보다 약 31% 더 많다는 최근 연구 결과는 이 분야의 중요성을 뒷받침한다. McG 경로 등 첨단 합성 탄소 고정 기술이 농작물에 적용되면, 대기 중 이산화탄소를 보다 효과적으로 격리하고 작물 생산성도 크게 끌어올릴 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 실제 농경지 적용과 상품화까지는 유전적 안정성, 해충 저항성, 환경 스트레스 대응력 등 다각적 검증이 절실하다.
현재 단계에서는 담배, 수수, 사탕수수 등 모델 식물에서 상당한 성장 증진이 확인됐으며, 쌀, 밀 등 주식 작물에 확대 적용하기 위한 후속 연구가 활발하다. 세계 농업과 기후 정책에 중대한 영향을 미칠 이 기술은 향후 탄소중립과 식량안보 달성에 핵심 역할을 할 것으로 전망된다.
