지난 세기 동안 전 세계의 산업화, 전쟁, 그리고 농업활동으로 다량의 오염물질이 생태계에 방출되어왔다. 오염물질은 크게 무기오염물질과 유기오염물질로 분류된다. 무기오염물질은 카드뮴, 수은, 납과 같은 중금속과 비소, 그리고 방사성핵폐기물 등이 포함되고, 유기오염물질에는 석유, 유기용매, 페놀화합물, 폭탄, 비료, 제초제, 살충제 등이 포함된다.
오염물질은 지구 전체의 환경문제이다. 예를 들어, 11,000톤의 수은이 해마다 생태계에 방출되고 있다. 2009년 국제무역연구원에서 발표한 “우리기업의 친환경시장 진출방안” 보고서에 따르면 세계 환경기술 시장은 2005년 1조 달러 규모에 달했으며, 2020년에는 2조 2천억 달러 규모에 이를 것으로 전망하고 있다.
선진국들은 친환경 산업이 산업 생산에서 가장 규모가 큰 산업 중 하나가 될 미래 유망산업이라 판단하고 전략적인 육성에 경쟁적으로 나서고 있다.
종래의 환경복원 전략
환경복원을 위한 종래의 방식은 지정된 장소에 오염원을 처리하는 것이다. 그러나 물리적인 환경복원 전략은 문제의 오염원을 제거할 수는 없다. 또한 물리적 환경복원은 고비용이 드는데다 자연환경을 훼손시키며 잔여 오염물질을 남기기도 한다. 화학적 처리나 미생물 이용은 2차 오염의 위험이 있다.
식물환경복원(phytoremediation)
식물환경복원이란 토양이나 물 표면으로부터 오염원을 제거하거나 감소시키기 위해 식물을 이용하는 것이다. 기존의 환경복원기술에 비해 경제적, 지속적이며 환경 친화적이다.
식물정화에 필요한 에너지는 태양에서 얻고 오염물질은 지상부의 식물체에 축적하거나 덜 유독한 형태로 전환한다. 환경복원을 위한 식물은 오염원에 대해서 내성을 가져야 하고, 오염원을 분해하거나 농축시킬 수 있는 능력이 탁월해야 하며, 발달한 근계를 가져야 하고 많은 양의 수분을 토양으로부터 흡수해야한다. 또한 성장속도가 빠르거나 생체량이 커야 유리하다.
여러 식물종이 몇몇 오염된 지역에서 견뎌내고 자라지만 이들은 매우 느리게 자라거나 낮은 수준의 생체량을 가진다. 나무는 발달된 근계와 높은 생체량을 가지지만 오염원에 견딜 수 없거나 또는 축적할 수 없는 경우가 많다. 따라서 기존의 식물은 환경복원을 위한 여건을 충족하지 못한다.
생명공학 작물을 이용한 환경복원
식물의 환경복원능력은 형질전환기술을 이용하여 향상시킬 수 있다. 오염원을 흡수하고 축적하기 위한 새로운 형질 도입은 식물환경복원자의 개발을 위한 성공적인 전략이 될 수 있다는 것이 증명되고 있다. 그 예는 중금속, 지뢰, 수은, 비소의 식물 환경복원에서 찾아볼 수 있다.
카드뮴, 아연, 납, 셀레늄 등의 중금속은 작물 생산량, 토양 생체량, 비옥도에 영향을 미치고, 먹이사슬에서 축적된다. 중금속에 저항성인 종들은 중금속 독성으로부터 보호될 수 있다. 그 이유는 이들이 가진 특별한 단백질들 때문이다. 이 단백질들은 중금속과 결합함으로써 이들을 좀 더 안전한 형태로 전환시킨다.
중금속 내성이 증가된 애기장대, 갓, 담배식물은 이들 단백질의 형질전환을 통해 만들어졌다. 셀레늄을 과다 축적시키는 식물로부터 유래한 유전자를 도입한 애기장대는 8배나 많은 셀레늄을 축적한다. 지뢰는 80개국 이상 나라에서 문제점으로 대두되고 있다. 6천만이나 7천만 개의 지뢰가 세계에 존재하고 이는 매일 50명의 생명을 빼앗고 있다. 현재 야외에서 지뢰의 분해산물과 접촉했을 때 뿌리의 색이 변화하는 애기장대가 개발되었다. 또한 과학자들은 식물로 하여금 지뢰에 대한 시그널을 잎으로 전달할 수 있도록 하는 연구를 수행하고 있다. 수은은 매우 유독한 원소로서 심각한 지구적 환경문제이다.
생물체에 가장 유독한 형태인 유기수은은 물속이나 토양에 있는 박테리아가 수은을 메틸수은으로 전환한 것이다. 메틸수은은 쉽게 흡수되며 먹이사슬에서 높은 수준으로 축적된다. 수은 중독은 면역계에 영향을 주고, 신경계를 손상시키며, 발달 중인 태아에 매우 해롭다. 생명공학기술을 통해 수은의 독성을 감소시킬 수 있는 애기장대, 담배, 포플라, 갓과 미루나무가 개발되었다. 이들은 메틸수은을 휘발성 형태로 전환하고 기존보다 100배나 독성을 감소시키는 것으로 보고되었다. 비소는 바위나 토양에서 발생하며, 지하수로 방출된다. 비소로 오염된 물을 마시면 피부질환, 괴저, 신장암이나 방광암이 생길 수 있다.
비소 오염은 방글라데시에서만 4천만 명을 위협하고 있으며 세계보건기구&40;who&41;는 이를 역사상 가장 위험한 원소로 지적했다. 과학자들은 두 개의 박테리아 유전자를 도입하여 비소에 저항성인 애기장대를 만들었는데 이는 비소에 대해 고도로 내성을 가질 뿐만 아니라 카드뮴에 대해서도 내성을 가지는 것으로 보고되었다.
앞으로의 전망
생명공학 작물의 사용이 잠재적으로 효율적이고 깨끗하며, 값싸고 지속가능한 기술로서 전망이 있다고 하더라도 아직도 풀어야 할 과제가 있다. 첫째, 오염원의 분해에 관련된 기초연구가 필요하며, 식물환경복원에 적합한 유전자원 발굴이 필수적이다.
둘째, 식물 환경복원기술은 현재 적은 범위의 오염원에 대해서만 이용가능하다. 따라서 여러 오염원에 대한 요구를 충족시키기 위한 다수 유전자 축적기술이 필요하다. 셋째, 식물환경복원에 대한 대안으로서 생명공학 작물의 경제적 가치 평가가 제대로 이루어져야 할 것이다. 넷째, 개발된 생명공학 작물이 실용화되기 전에 환경, 식품, 인체에 대한 안전성 평가가 수행되어야 할 것이다.
이를 해결한다면 앞으로 생명공학기술에 의한 환경정화 식물의 개발은 지구환경 복원을 위한 대안으로 더욱 발전할 가능성이 크다.
