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- 밭에서 얻는 고기 단백질:
- 미래에는 양상추와 채소가 동물성 단백질인 미오글로빈의 공급원이 될 수 있다.
- 돼지고기 안심에는 건조 중량 1kg당 약 8,100mg의 미오글로빈이 함유.
- 담배 식물은 1/10배에 달하는 양이다

▲ 유전자를 삽입함으로써 상추는 잎에서 고기 단백질인 미오글로빈을 생산할 수 있다. 이것이 보다 지속 가능한 고기 대체 식품으로 가는 길이 될 수 있을까?

[더사이언스플러스 문광주 기자]  미래에는 양상추와 채소가 동물성 단백질인 미오글로빈의 공급원이 될 수 있다. 이렇게 생산된 고기 단백질은 기후 친화적인 방식으로 밭에서 재배될 수 있다. 연구진은 실험을 통해 이를 최초로 입증했다. 돼지 미오글로빈 유전자를 양상추와 담뱃잎의 엽록체에 삽입한 결과, 이 유전자를 이용해 자란 식물은 조직에서 미오글로빈을 생산했다. 하지만 과연 실현 가능성이 있을까?
고기는 여전히 인기 있는 동물성 단백질 공급원이며, 많은 사람이 고기 섭취를 포기하고 싶어하지 않는다. 그러나 공장식 축산은 환경과 기후에 악영향을 미친다. 이러한 문제에 대한 해결책으로 실제 고기의 식감과 맛을 모방한 고기 대체 식품이 주목받고 있다. 필수적인 동물성 단백질, 특히 붉은 근육 단백질인 미오글로빈은 현재 대부분 유전자 변형 미생물을 통해 생산되고 있다.

동물성 단백질 대신 식물에서 얻는 미오글로빈

임페리얼 칼리지 런던의 알렉시아 그로프(Alexia Groff)와 동료 연구진은 이러한 문제에 대한 새로운 대안을 제시했다. 그들에 따르면, 미오글로빈은 작물에서도 생산될 수 있다고 한다. 이는 미래에 동물성 단백질을 동물이 아닌 농업을 통해 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 그로프는 "이는 식물성 고기 대체품에 필수적인 성분을 생산하는 더욱 지속 가능한 방법을 제시한다"고 설명했다.

▲ 단백질인 미오글로빈은 고기에 풍미와 특유의 붉은색을 부여한다. — © AzaToth/ 퍼블릭 도메인; HG: Carnivore Locavore/ CC-by 2.0

하지만 이 새로운 방법조차도 유전자 공학을 필요로 한다. 그로프와 그의 연구팀은 먼저 돼지에서 미오글로빈 유전자를 복제했다. 그런 다음 이 유전자 복제본을 영양 배지에 놓인 상추와 담배 잎 조각에 주입했다. 목표는 이 주입 과정을 통해 엽록체의 원형 DNA에 유전자를 삽입하는 것이었다. 이 세포 소기관은 한때 식물 세포에 통합되었던 남세균에서 진화했기 때문에 고유한 DNA를 가지고 있다. 그로프는 "엽록체는 세균 기원과 세포당 많은 수로 인해 일반적으로 세포핵보다 훨씬 더 많은 양의 단백질을 생산할 수 있다"고 설명했다.

상추와 담배에서 고기 단백질 생산

다음 단계로 연구팀은 유전자 변형된 잎 조각에서 새로운 식물을 재배했다. "그 결과, 상추와 담배 식물은 정상적인 외형을 보였고 꽃과 수정 가능한 씨앗을 생산했다"고 연구팀은 보고했다. 이 씨앗을 파종하자 새로운 식물이 자랐는데, 이 식물의 엽록체에도 미오글로빈 유전자가 있었다. 하지만 그로프와 그녀의 동료들이 발견한 바에 따르면, 식물의 광합성 능력은 영향을 받지 않았다.

그렇다면 이렇게 유전자 변형된 식물은 얼마나 많은 미오글로빈을 함유할 수 있을까? 단백질 함량을 측정한 결과, 담배 식물은 건조 중량 1kg당 평균 800mg의 미오글로빈 단백질을, 상추는 810mg을 함유하고 있는 것으로 나타났다. "비교하자면, 예를 들어 돼지고기 안심에는 건조 중량 1kg당 약 8,100mg의 미오글로빈이 함유되어 있는데, 이는 담배 식물의 10배에 달하는 양이다"고 그로프와 그의 연구팀은 설명했다.

▲ (c) 토양 이식 후 65일째 Ls-wt(왼쪽)와 Ls-pAG115(오른쪽)의 생장 표현형. (d) 토양 이식 후 100일째 Ls-wt(왼쪽)와 Ls-pAG115(오른쪽)의 꽃. (e) 야생형 및 형질전환 상추 식물의 유전 분석. Ls-wt와 Ls-pAG115 식물의 종자를 선택압이 없는 배지(왼쪽), 스펙티노마이신이 포함된 배지(중간), 또는 스펙티노마이신과 스트렙토마이신이 포함된 배지(오른쪽)에서 발아시켰다.

"축산보다 훨씬 자원 효율적“

하지만 이것이 동물성 단백질과 육류 대체 원료의 지속 가능한 생산에 어떤 의미를 갖는 것일까? 이러한 미오글로빈 식물을 재배하는 것이 과연 가치가 있을까? 연구진은 "작물 재배는 축산보다 훨씬 자원 효율적이기 때문에 식물성 미오글로빈은 축산보다 헥타르당 더 많은 단백질을 생산할 수 있다"고 설명했다. 게다가 작물 재배는 축산에 비해 물과 온실가스 배출량을 줄일 수 있다.

그로프 연구원은 "미오글로빈은 이 식물의 잎에서 추출하여 일반적인 산업 공정을 통해 정제할 수 있다"며, "동물성 미오글로빈과 화학적으로 동일하기 때문에 육류 대체 제품의 맛, 색, 영양가를 향상시키는 원료로 사용할 수 있다"고 덧붙였다.

유망한 진전이지만, 아직 초기 단계

하지만 그로프 연구팀이 인정하듯이, 식물성 육류 단백질 생산은 아직 초기 단계에 머물러 있다. "수십 년에 걸쳐 최적화된 미생물 기반 방식과 비교했을 때, 식물 기반 시스템은 아직 초기 단계에 불과하다"고 연구진은 지적한다. 지속 가능하고 수익성 있는 시스템을 구축하려면 단백질 생산량 증대 등 여러 가지 개선이 필요하다.

그럼에도 불구하고 연구진은 이 방법이 공장식 축산이 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있는 유망한 방안이라고 보고 있다. 그로프 연구원은 "이 연구는 육류 대체 식품의 핵심 성분인 미오글로빈을 생산하는 더욱 지속 가능한 방법을 제시한다"고 말했다.

이번 연구에 참여하지 않은 영국 국립대체단백질혁신센터(NAPIC)의 단백질 연구원 데릭 스튜어트(Derek Stewart) 역시 같은 의견을 밝혔다. "이번 연구는 대체 단백질 공급원 개발에 있어 흥미로운 진전이다. 식물이 육류의 핵심 단백질인 미오글로빈을 안정적이고 대규모로 생산하는 데 적합하다는 것을 보여준다"고 스튜어트는 말했다. "특히 고무적인 점은 미오글로빈이 정확하게 접히고 헴에 결합되었다는 것이다. 이는 고기와 유사한 색과 맛을 내는 데 매우 중요하다.“

출처: Alexia Groff (임페리얼 칼리지 런던) 외, Frontiers in Plant Science, 2026; doi: 10.3389/fpls.2026.1876707

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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