[전남인터넷신문]토지가 아닌 공장에서 식량을 생산하는 기술이 개발되었다. 

지난 9월 24일 국제학술지인 사이언스(SCIENCE) 온라인판에는 세계 최초로 이산화탄소(CO2)를 이용해 전분을 합성하는 방법에 관한 논문이 게재되었다. 

이 논문은 중국과학원 천진공업생물기술연구소(Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, TIB)에서 개발한 기술로 탄소 중립과 농업에 혁명적인 연구라 할 수가 있다. 

탄소 중립(炭素中立, carbon neutral)은 지구온난화 주범이라 할 수 있는 이산화탄소를 배출한 만큼 이산화탄소를 흡수하는 대책을 세워 이산화탄소의 실질적인 배출량을 0으로 만든다는 개념인데 TIB에서 개발한 전분 합성 기술은 이산화탄소를 사용한다. 식량 측면에서 식물의 광합성에 의존하지 않고 전분을 인공적으로 합성하는 것은 혁명이라 할 수 있다. 

식물에 의존한 농업은 작물의 생산을 위해서는 토지, 물, 관리 등이 필요하고 그에 따른 경비와 탄소발자국이 발생한다. 그런데, TIB에서 개발한 합성 전분은 기존 농업에서 생산되는 전분보다 약 8.5배 더 효율적이다. 

에너지 공급이 충분하고 기술적인 매개변수가 있는 조건에서 생물반응기 1입방미터의 연간 전분 생산량은 0.33헥타르에서 생산된 옥수수 전분과 맞먹는다. 전분은 인류의 가장 중요한 식량이자 성분이며, 동시에 중요한 산업 원료이다. 

전분은 주로 농작물의 광합성을 통해 태양에너지, 이산화탄소, 물을 전분으로 전환하는데, TIB 연구진은 이산화탄소와 전기분해로 생성된 수소를 이용해 전분을 합성하는 인공 과정을 성공적으로 개발했다. 

TIB에서 개발한 전분 합성은“태양광 발전으로 태양에너지를 전기에너지로 전환시킨 다음 태양광 전기를 가수분해하여 수소를 만든다. 

그리고 촉매를 이용해 수소로 이산화탄소를 환원해 메탄올을 만들고, 이것을 다시 전분으로 전환시킨다.” 이 과정은 11개 단계의 핵심적인 생화학 반응을 다루고 있는데 전분의 합성률은 옥수수 전분 합성률보다 8.5배 높다. 자연계에는 메탄올로 전분을 형성하는 생명 과정이 존재하지 않는다. 

TIB에서는 이 과정을 인공적으로 구현하기 위해 동식물과 미생물에서 62개 생물 효소 촉매를 찾아내고 이 중에서 최종적으로 10개의 효소를 사용하여 점차적으로 메탄올을 전분으로 전환시켰다. 

이 과정에는 소화가 쉬운 아밀로펙틴뿐만 아니라 소화가 느리고 혈당 상승이 느린 아밀로스도 합성할 수 있었다. 

합성한 전분 샘플은 성분이나 이화학적 성질에서 모두 자연적으로 만들어진 전분과 같았다. 작물 재배는 일반적으로 오랜 시간이 필요하고 많은 양의 토지, 물, 비료, 살충제 및 기타 농업 생산 재료의 사용이 필요하다. 

식물 광합성과 무관하게 전분을 인공적으로 합성하는 기술 적용으로 전분이 생산된다면 90% 이상의 경작지와 담수자원을 절약할 수 있다. 

농약과 화학비료 등 자연환경에 부정적인 영향을 주는 것을 피할 수 있고, 인류의 식량 안전 수준 제고와 탄소 중립 및 생물 경제의 발전을 촉진시킬 수가 있다. 

TIB에서 개발한 전분의 합성 기술은 당장 실용화하기 어려우나 멀지 않아 농사를 짓지 않고 탄수화물에 대한 수요를 만족시킬 수 있는 가능성을 만들었다. 

즉, 양조장에서 맥주를 만들듯이 공장에서 이산화탄소로 전분을 만들 수 있게 된다. 이는 전통적인 농업 생산이 공업 생산으로 전환됨을 의미하고, 농업의 패러다임이 변하게 되는 것이므로 그에 따른 농업계의 대책을 요구하고 있다. 

인용자료 

정현관. 2021. 중국, 세계 최초로 실험실에서 전분을 합성. 길림일보 2021년 9월 25일. TAO CAI, HONGBING SUN. JING QIAO, LEILEI ZHU et al. 2021. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide. SCIENCE 373:1523-1527. Wang Qi. 2021. Chinese scientists complete starch synthesis from CO2, revolutionary for agricultural production and promoting carbon neutrality. Global Times. Sep 24, 2021.