지난 5월31일 세계에서 가장 오래 되고 저명한 과학저널 ‘네이처’를 통해 토마토의 유전체 염기서열의 비밀이 전부 풀어졌다고 전해졌다. 한국에서의 연구 성공은 교육과학기술부 21세기프론티어 작물유전체기능 연구사업단과 한국생명공학연구원에서의 연구 지원이 가능했고 서울대학교 식물유전체육종연구소의 최도일 소장팀과 한국생명공학연구원 허철구 박사팀의 상호 팀워크로 이루어진 결과물이다.

8년 간의 토마토 유전체 염기서열 해독

현 서울대학교 식물유전체육종연구소 최도일 교수는 지난 2004년 한국생명공학연구원 재직시절 부터 시작한 토마토 유전체 염기서열의 해독을 2006년 서울대로 이직한 후에도 진행하여 2010년에 이르러 연구결과를 만들어 냈다. 6년간의 연구를 종합하는 논문 준비도 그 방대한 시간동안 축적된 자료만큼 2년이라는 세월이 걸렸다. 최 교수는 토마토 유전체 염기서열 해독 연구에 참가한 의의는 14개국 300여 명의 과학자가 참여한 세계적인 스케일을 가지고 있는 국제 컨소시움에 함께 참여해 세계의 우수한 생명과학자들과 상호 보완의 관계를 이끌어내겠다는 의지에서 시작한 것이다. 10여 개 이상의 나라들과 연구 자료를 교환하며 개선해 나가야 하는 어려움을 이겨내고 연구에 연구를 더해야 하는 과학자 정신의 결과 토마토 유전체 염기서열의 비밀을 마침내 풀어냈다. 토마토의 유전체 염기서열 정보는 9억 염기쌍의 DNA로 구성되어 3만 5,000여 개의 유전자 기능정보 뿐만 아니라 유전자의 배열 및 구성, 유전체 구조 등 광범위한 내용을 담고 있어 최 교수는 이 연구를 통해 서울대 식물유전체육종연구소의 기술력이 세계적 수준과 어깨를 나란히 한다는 것을 공식적으로 입증했다. 유전체 정보는 육종 기술개발에 이용되어 생산성 높은 고품질의 토마토를 생산해 낼 수 있다.

국제 컨소시움은 왜 토마토를 연구했는가

최 교수는 고추에 대한 게놈 프로젝트 연구에 흥미가 있었다. 고추는 한국에서 소비량이 높은 채소로서 한국 사람의 식생활에 빠질 수 없는 먹거리이기 때문이다. 나아가 국제 컨소시움은 이러한 실용성과 연구대상성을 고려하여 선정하는 과정에서 세계적인 생산 소비성을 적용하여 가지과(果) 식물 중에서 유전체 크기가 작고 세계적 생산 소비량이 많은 작물로 토마토를 선정했다. 그리고 최 교수은 이미 국제 컨소시움 연구에 참가하기 전부터 고추를  연구 하고 있었다. 이렇게 토마토와 고추는 맛이 다르기 때문에 두 연구를 함께 하기 힘들 거라는 일반인들의 생각과 다르게 토마토와 고추는 유전체가 가지과에 속하는 사촌이기 때문에 토마토의 유전체 염기서열 구조를 밝혀내면 그 연구결과를 토대로 고추도 연구가 가능하다고 최 교수는 말했다.

토마토와 연구를 병행, 진행해 국제 컨소시움에서는 토마토 프로젝트를 공동으로 진행하고 국내에서는 독자적으로 고추에 대한 연구를 활발히 진행하여 세계 과학계로는 한국 생명공학의 기술력을 입증하고 국내에서는 한국 내 소비량이 높은 고추를 선정하여 연구를 진행함으로써 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 효과를 노렸다.
최 교수의 연구 대상성과 실용 대상성에 대한 통찰력은 그대로 적중하여 토마토 유전체 염기서열 해독연구를 끝내고 이 기술력을 바탕으로 연구소에서는 고추 유전체 염기서열 해독 연구가 활발히 진행되고 있다. 내년 이맘때에 고추 연구에 대한 논문을 ‘네이처’에 출범할 계획을 갖고 있다. 이 연구가 이루어진다며 일인당 고추소비량이 최대인 한국의 고추수입 대체 효과를 가져 올 수 있지 않을까.

1세대 염기서열 분석에서 차세대 염기서열 분석으로

이번 연구는 인간 유전체 분석에 사용된 1세대 염기서열 분석 방법으로 시작해 차세대 염기서열 분석으로 마무리 되었다. 하루에 염기 10만 쌍 정도를 분석할 수 있는 1세대 기술에 비해 2세대 차세대 염기서열 분석 장비(NGS)는 자동화 분석 장비로서 1세대보다 약 1천배 가량 많은 작업량을 처리할 수 있다. 이렇게 진일보한 높은 기술력을 바탕으로 가장 활발히 연구가 이루어지고 있는 것은 고추이다. 고추는 염기쌍이 36억 개로 토마토보다 약 4배가량 많다. 고추 유전체 염기서열 해독 프로젝트는 농촌진흥청 차세대유전체 연구사업단의 지원을 받아 연구를 진행하고 있다. 차세대 유전체연구사업단은 고추의 유전체 염기서열 해독과 함께 인삼, 녹두, 참외, 무, 머루, 감귤 등의 연구를 동시에 진행하고 있다. 이렇게 다양한 유전체 정보들을 분석해내면 초기 단계에서 종의 품질을 확인 할 수 있어 더 많은 수량, 풍부한 영양소, 빠른 수확, 저렴한 비용 등에 큰 효과를 거둘 수 있다.

세계 곡물 시장의 미래

최도일 교수는 3만 5,000여 개의 유전자 서열을 밝혀내어 유전자가 하는 역할을 알아내는 것이 유전체학자들의 소명이라고 말한다. 생물학자들의 연구현실을 ‘장님이 코끼리를 만지는 것과 같다’고 비유하며 생물학연구의 현 주소에서 한층 업그레이드 된 유전체연구결과물이 생물학연구발전에 크게 기여했으면 한다는 바람을 드러냈다.
또한 유전체 연구는 쉽게 말해서 생물학연구에서 “장님에게 개안 수술을 해 주는 것과 같다. 식물 유전체 서열 하나하나를 알아가는 것은 획기적인 일이다”고 강조한 그는 “과학의 역할이란 관찰하고 의문을 가지는 것 그것이 얼마나 긴 세월을 필요로 하는 것이라 할지라도 진일보 하는 인류 미래를 위해 필수불가결의 학문”이라고 말했다.

최 교수는 식물병리학이 전공이다. 시대가 흐르고 현대를 살아가는 사람들에게는 크게 흥미를 불러일으키지 못하는 연구에 스스로 매달리어 사람들이 돈이 되지 않는다며 근시안적인 이유로 하지 않는 학문을 자신만은 외면하지 않고 소명감을 품으며 전문 분야를 통해 ‘식물의 병저항성’에 대한 유전체의 관계를 밝혀내 특정한 병에 걸리지 않는 식물을 만들어 내어 사회에 기여하는 것이 꿈이라며 포부를 밝혔다.
3만 5,000여 개의 유전자 중 어떤 유전자가 맛을 결정하고 색깔을 내며 크기를 결정하는지 하나하나 알아가는 것이 생물학을 연구하는 사람들의 일이다. 10년 간의 과학 연구를 돈이 되지 않는다는 이유만으로 사라져 가는 것을 잠자코 바라만 보는 것은 세계화 시대를 발맞추는 국가라면 외면해서는 안 되는 일이다. 그리고 고급인력이 일할 수 있는 환경을 국가 차원에서 책임지고 발전 시켜야 한다. 고하며 국가에서의 적극적인 연구지원과 기술개발에 대한 활용화 방안에 대하여 언급하였다.

최 교수는 “농대에 들어오면 농사 짓는 일이라고 다들 생각하는데 이번 토마토 유전체 염기서열 해독을 계기로 국민들이나 미래 인재들에게 농대가 농사만 짓는 일이 아니라, 국가경쟁력의 하나로써 생명공학으로 세계 곡물 시장의 미래를 열어 인류의 미래를 그리는 시발점이 되는 학문임을 알리는 계기가 되었으면 한다”며 이에 연구원들 모두가 소명과 사명감을 갖고 연구에 매진하고 있다고 전했다. 이를 통하여 세계 경쟁력을 가진 한국 농업의 미래를 엿볼 수 있었다.