바이엘의 질소 고정 곡물: 스스로 비료를 만드는 유전자 편집 밀

바이엘은 농업의 가장 오래된 의존 관계 중 하나를 바꿀 수 있는 기술에 대한 상업 라이선스를 확보했다. 독일의 작물 과학 대기업은 캘리포니아대학교 데이비스 캠퍼스의 연구에 대한 라이선스를 취득했는데, 이는 곡물의 DNA를 편집해 뿌리가 토양 박테리아를 불러들여 공기 중 질소를 고정하게 하는 기술로, 콩과 식물이 자연스럽게 하는 것과 같은 방식이다. 옥수수, 밀, 쌀은 합쳐서 전 세계 하루 칼로리의 거의 절반을 공급하지만 스스로는 이를 해내지 못해 합성 질소 비료에 의존한다. 그 의존은 비싸고, 오염을 일으키며, 지난 몇 년이 보여주듯 지정학적으로도 취약하다.

이 라이선스 뒤에 있는 과학이 유난히 우아한 이유는 콩과 식물을 재현하려 하지 않기 때문이다. 콩과 식물은 뿌리혹 안에 질소 고정 박테리아를 품고 사는데, 곡물은 그런 구조를 진화시킨 적이 없다. UC 데이비스의 에두아르도 블룸발트 팀은 다른 길을 택했다. 박테리아를 식물 안으로 들이는 대신, 식물이 이미 주변에 있는 박테리아에게 보내는 '신호'를 바꾼 것이다. 팀은 식물이 자연적으로 만드는 약 2,800종의 화학물질을 스크리닝해 그중 20종이 토양 박테리아로 하여금 보호성 바이오필름을 형성하게 한다는 것을 발견했다. 그중 하나인 플라본의 일종 아피게닌은 밀이 원래 소량 만들어내는 물질로 특히 효과적이었다. 연구진은 CRISPR로 밀을 편집해 아피게닌을 더 많이 만들게 했고, 식물은 이를 뿌리를 통해 토양으로 방출했다. 실험에서 여분의 아피게닌은 박테리아가 바이오필름을 형성하도록 유도했고, 이는 실제 고정을 수행하는 산소에 민감한 효소 니트로게나아제를 보호했으며, 편집된 밀은 고정된 질소를 흡수했다. 저질소 조건에서 편집된 식물은 편집되지 않은 대조군보다 곡물 수확량도 더 많았다.

이것은 실험실 결과이며, 바이엘도 이를 숨기지 않는다. 공공정책 및 지속가능성 책임자인 마티아스 베르닝거는 곡물의 질소 고정을 "우리 분야의 성배 중 하나"라고 부르면서도, 이 기술이 "결국 의도대로 작동하지 않을 수도 있다"고 솔직히 덧붙였다. 다음 단계는 온실 밖에서 시험하는 것이며, 제품은 다음 10년이 되기 전에는 나오지 않을 전망이다. 그사이 바이엘은 대비책도 마련했다. 10월에는 스탠퍼드에서 분사한 스위치 바이오웍스와 제휴했는데, 이 회사는 식물 자체가 아니라 뿌리에 사는 미생물 자체를 개량한다. 같은 밭으로 가는 두 갈래 길, 하나는 식물의 화학에, 하나는 미생물에 건 것이다.

라이선스의 시기는 우연이 아니다. 합성 비료는 전 세계 식량 생산의 약 절반을 떠받치고 있으며, 이란과의 전쟁과 관련된 공급 차질이 시장을 뒤흔들면서 가격이 치솟았다. 베르닝거는 유럽연합이 여전히 요소 수입의 거의 4분의 1을 러시아에 의존하고 있다고 지적했고, 바이엘은 약 850억 달러 규모의 요소 시장에서 한몫을, 그리고 종자와 작물 보호 제품에 쓸 여유 자금이 생긴 농민들을 노리고 있다. 미국만 해도 UC 데이비스가 인용한 미 농무부 추정치에 따르면 농민들은 2023년에 비료에 360억 달러 가까이를 썼다. 따라서 스스로 비료의 일부라도 만드는 곡물은 두 가지 의미가 있다. 비용 절감이자, 소수 수출국이 조일 수 있는 공급망에 대한 완충재이다.

몇 년 전에는 존재하지 않았던 규제 순풍도 있다. 올해 EU 입법자들이 승인한 유전자 편집 작물에 대한 새로운 틀은, 외래 유전자를 들여오는 것이 아니라 식물 자체의 화학을 조정하는 바로 이런 종류의 편집이 시장에 나가는 길을 닦아줄 수 있다. 이는 중요하다. 이 이야기의 가장 어려운 부분은 온실 안의 분자생물학이 결코 아니었기 때문이다. 통제된 토양에서 작동한 신호가 어떤 실험실도 완전히 재현할 수 없는 토양 유형, 기후, 미생물 군집에서도 작동하는지, 그리고 규제 당국과 농민들이 대규모로 받아들이는지가 관건이다.

내가 가장 흥미롭게 보는 것은 이 라이선스가 보여주는 사고의 전환이다. 한 세기 동안 비료 전략은 식물을 '위에서' 먹이는 것이었다. 막대한 에너지 비용을 들여 질소를 제조하고 밭에 뿌린 뒤, 그 상당량이 수로와 대기로 흘러들어가는 것을 감수했다. UC 데이비스의 접근법은 식물을 '아래에서' 먹인다. 이미 존재하는 미생물 노동력을 불러들이는 것이다. 정교한 온실 결과들이 흔히 그렇듯 밭에서 실패할 수도 있다. 그러나 실제 토양과의 접촉을 견뎌낸다면, 그 보상은 단지 더 싼 밀에 그치지 않을 것이다. 에너지 가격, 전쟁, 소수 수출국에 조금 덜 인질로 잡힌 주식 작물이며, 그런 식량 안보는 어떤 보조금으로도 살 수 없는 것이다.