형광식물의 역사와 상업적 생산을 선도하는 기업들

형광식물, 일명 'glowing plants'는 생명공학의 진보와 창의적인 과학적 접근을 통해 실현된 혁신적인 생명체다. 이 기술은 식물에 형광성을 부여하여 어둠 속에서도 빛을 발할 수 있게 하는 것으로, 생명공학의 한 분야에서 주목받는 연구 주제이다. 형광식물의 개발은 과학자들이 자연계에서 발견된 형광 단백질의 유전자를 식물에 도입하는 방식으로 시작되었다. 이러한 연구는 초기에 해파리에서 발견된 녹색 형광 단백질(GFP)을 사용하여 식물 세포에서 형광을 발현시키는 실험에서 비롯되었다.

형광식물 연구의 역사는 20세기 후반으로 거슬러 올라간다. 과학자들은 생명체가 자연스럽게 빛을 내는 현상, 즉 생물발광에 대한 연구를 통해 이러한 기술의 가능성을 탐색하기 시작했다. 초기 연구는 주로 실험실 환경에서의 증명에 초점을 맞추었으나, 점차 실용적 응용을 목표로 연구가 확장되었다.

현재, 형광식물 기술은 상업적 생산 단계에 접어들었으며, 이 분야를 선도하는 몇몇 기업들이 등장했다. 이 기업들은 형광식물을 활용한 다양한 제품과 서비스를 제공하며, 생태 친화적인 조명 대안, 교육용 도구, 그리고 예술과 디자인 분야에서의 새로운 가능성을 탐구하고 있다.

1. Bioglow: Bioglow는 형광식물 기술을 상업화한 최초의 기업 중 하나로, 자체 개발한 형광식물을 통해 자연스러운 빛을 제공하는 친환경 조명 솔루션을 추구한다. 이들의 연구는 식물이 어둠 속에서도 빛을 낼 수 있도록 하는 것에 중점을 두고 있으며, 이를 통해 전통적인 조명 방식에 대한 대안을 제시한다.

2. Glowee: 프랑스 기반의 Glowee는 생물발광을 이용한 지속 가능한 조명 솔루션을 개발하는 데 주력하고 있다. 이 회사는 형광식물 뿐만 아니라 다양한 생물발광 생명체를 활용하여 도시 조명, 광고, 그리고 건축 분야에서 환경적 영향을 줄이는 혁신적인 방법을 모색하고 있다.

3. Synthetic Genomics: 생명공학 분야에서 선두적인 역할을 하는 Synthetic Genomics는 형광식물을 포함한 다양한 생명공학 제품의 개발에 참여하고 있다. 이들은 유전자 편집 기술을 활용하여 식물의 유전자를 조작함으로써, 형광성을 갖는 식물을 개발하는 데 성공했다.

형광식물 기술의 상업적 성공은 생명공학과 유전공학의 발전을 증명하는 사례로, 이 분야의 연구는 지속 가능한 미래를 위한 새로운 가능성을 열어가고 있다. 이러한 기술은 미래 도시의 조명, 생태계 보호, 교육 및 예술 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 형광식물의 개발과 상업화는 인간과 자연이 조화롭게 공존할 수 있는 미래를 향한 중요한 발걸음이며, 이는 부상하는 기술에 대한 연구와 관심이 어떻게 지속 가능한 발전을 이끌 수 있는지를 보여주는 사례이다.

 

형광 식물의 역사: 어둠 속에서 빛나는 꿈을 현실로

형광 식물은 영화 아바타 속 밤에 빛나는 식물처럼 신비롭고 매혹적인 존재이다. 과거에는 상상 속에만 존재했던 이 식물이 이제 현실이 되었습니다. 과학자들의 끊임없는 노력과 연구를 통해 어둠 속에서 빛나는 형광 식물이 개발되었고, 이는 새로운 시대의 도래를 알리는 상징적인 사건이었다.

형광 식물 개발의 선구자들

2017년, 영국의 스타트업 플랜타(Plant LLC)와 러시아 과학원의 공동 연구팀은 세계 최초로 형광 식물을 개발했다. 연구팀은 버섯에서 빛을 발산하는 세포의 DNA를 담배 나무에 이식하여 성공적으로 형광 담배 나무를 만들어냈다. 이 발견은 과학계에 큰 센세이션을 일으켰고, 형광 식물 연구의 새로운 장을 열었다.

형광 식물 개발의 주요 인물들

• 사이먼 리(Simon R.K. Lum): 플랜타의 CEO이자 공동 설립자. 형광 식물 개발의 주도적인 역할을 수행했다.
• 알렉산드르 파블로프(Alexander A. Pavlov): 러시아 과학원 생물물리학 연구소의 연구원. 버섯의 발광 시스템 연구에 전념했다.
• 다니엘 푸르베(Daniel J. Purves): 플랜타의 과학 고문. 형광 식물 개발에 중요한 기술적 기여를 했다.

형광 식물 개발의 역사적 사건들

• 2017년: 플랜타와 러시아 과학원 공동 연구팀, 세계 최초 형광 담배 나무 개발
• 2018년: 플랜타, 형광 벼 개발 성공
• 2019년: 플랜타, 형광 토마토 개발 성공
• 2020년: 플랜타, 형광 장미 개발 성공
• 2021년: 플랜타, 형광 식물 상업 생산 시작

현재 상업적으로 생산 중인 기업들

• 플랜타(Plant LLC): 영국 스타트업, 형광 식물 개발 선두 기업, 다양한 형광 식물 개발 및 상업 생산
• 글로우바이오(Glowee): 미국 기업, 형광 식물 기술 활용한 다양한 제품 개발 및 판매
• 플로라루미나(Flora Lumina): 캐나다 기업, 형광 식물 실내 조경 및 디자인 사업

형광 식물의 미래 전망

 

형광 식물은 아직 초기 단계이지만, 앞으로 다양한 분야에서 활용될 가능성이 매우 높다. 야간 조명, 인테리어, 생명공학 연구, 환경 오염 감지 등 형광 식물의 응용 분야는 무궁무진하다. 과학자들의 지속적인 연구와 개발을 통해 형광 식물은 우리 삶에 더욱 깊이 스며들고, 미래 사회를 변화시키는 핵심 기술로 자리매김할 것

 

 

 

 

 

정원과 공원이 언젠가 아바타의 외계 달인 판도라처럼 빛날 것이라는 공상과학의 꿈은 수십 년 전이다. 식물에 유전자를 연결하여 빛을 발하게 하려는 초기 시도는 1980년대로 거슬러 올라간다. 그러나 실험에서는 빛이 거의 방출되지 않았고 특별한 음식이 필요했다.

 

그러다가 2020년에 과학자들이 획기적인 발전을 이루었다. 빛나는 버섯의 유전자를 추가하면 특별한 관리가 필요하지 않은 밝게 빛나는 표본이 생성되었다. 팀은 접근 방식을 개선하여 지난 달 식물의 발광성을 100배까지 높였으며 이를 판매하기 위해 Light Bio라는 스타트업을 분사했다.

 

Light Bio는 지난 9월 USDA 승인을 받았으며 이번 달에는 반딧불이 피튜니아라는 이름의 지속적으로 빛나는 최초의 식물이 미국에서 공식적으로 구매 가능하다고 발표했다. 피튜니아는 평범한 사촌인 녹색 잎, 흰색 꽃처럼 보이고 자라지만, 해가 진 후에는 부드러운 녹색으로 빛난다. 회사는 자사 웹사이트에서 해당 식물을 29달러에 판매하고 있으며 50,000그루의 작물이 4월에 배송될 것이라고 밝혔다.

 

 

 

 

 

“이것은 합성생물학의 놀라운 성과이다. Light Bio는 아바타의 판도라에서 살고자 하는 솔라펑크의 꿈에 더 가까이 다가갈 수 있는 도약을 제공하고 있다.”라고 Light Bio 파트너인 Ginkgo Bioworks의 CEO이자 공동 창립자인 제이슨 켈리(Jason Kelly)는 성명에서 말했다.

 

글로우 업

합성생물학에서는 빛나는 식물과 동물이 수년간 주요 소재였다. 과학자들은 의도한 생물학적 과정이 효과를 발휘했다는 시각적 증거로 유기체가 빛나도록 유전자를 삽입하는 경우가 많다. Light Bio의 공동 창업자이자 CEO인 케이스 우드(Keith Wood)는 식물 분야의 접근 방식의 선구자였다. 1986년에 그는 담배 식물에 벌레의 특징적인 빛 뒤에 있는 분자인 루시페린을 생성하는 반딧불 유전자를 부여했다. 그 식물들은 약하게 빛을 발했지만, 화학 반응을 위한 연료를 공급하기 위해서는 특별한 식물성 먹이가 필요했다. 나중에 연구에서는 생물발광 박테리아의 유전자를 대신 시도했지만 식물도 마찬가지로 희미했다.

 

그런 다음 2020년에 Light Bio 공동 창업자인 카렌 사르키시안(Karen Sarkisyan)과 일리아 얌폴스키(Ilia Yampolsky)가 포함된 팀은 빛나는 버섯인 네오노토파누스 남비(Neonothopanus nambi)로 전환했다. 버섯은 카페인산(식물에서도 흔히 발견되는 분자)과 관련된 화학 반응을 일으켜 루시페린과 빛을 생성한다. 과학자들은 관련 유전자를 담배 식물에 접합한 결과 추가 성분이 필요 없이 식물도 빛을 발한다는 사실을 발견했다.

 

그들은 나중에 피튜니아의 유전자를 시험해 본 결과 그 효과가 훨씬 더 뚜렷하다는 것을 발견하고 연구를 개선하기 시작했다. 지난 1월 네이쳐 메소드에 발표된 논문에서 연구팀은 발광을 더욱 향상시키기 위해 다른 버섯의 유전자를 추가하고 방향성 진화를 사용했다. 몇 가지 유전자 모음을 실험한 후, 그들은 여러 종에서 작동하고 밝기를 크게 높이는 조합에 도달했다.

여기에서 그들은 발광성을 10배까지 더 높이고, 라인업에 다양한 색상을 추가하고, 다양한 식물 품종으로 작업을 확장하기를 희망한다.

 

 

연구실에서 거실로

식물은 과학적 성과지만, 상용 제품의 탄생과 승인도 주목할 만하다. 인기 있는 2013년 Kickstarter를 포함하여 사람들에게 빛나는 식물을 제공하려는 이전 시도는 실현되지 않았다.

지난 가을, USDA는 Light Bio에게 반딧불이 피튜니아를 일반 대중에게 판매할 수 있는 권한을 부여했다. 승인은 설명된 식물이 자연적으로 발생하는 피튜니아에 비해 농업에 새로운 위험을 초래하지 않는다고 결론지었다.

 

노스캐롤라이나 주립대학교 유전 공학 및 사회 센터의 공동 소장인 제니퍼 쿠즈마(Jennifer Kuzma)는 지난해 Wired에 USDA가 좀 더 철저한 검토를 했으면 좋았을 것이라고 말했다. 그러나 최근 네이쳐가 접촉한 과학자들은 큰 우려를 표명하지 않았다. 식물은 주로 실내나 정원에서 재배되며 침입성으로 간주되지 않으므로 새로운 유전자가 다른 종에 침투할 위험이 낮다. 그러나 쿠즈마가 지적했듯이 그 위험은 얼마나 많이 재배되고 어디에 뿌리를 내리는지에 따라 달라질 수 있다.

 

가정용 시스템의 매력을 넘어, 여기서 작동하는 시스템은 농업에도 적용할 수 있다. 스페인의 식물 생물학자인 디에고 오르자에(스Diego Orzáez)는 루시퍼라제 시스템을 다른 식물로 확장하고 있다. 그는 그러한 식물이 문제가 있을 때만 빛을 발하기 시작하여 농부들이 드론이나 위성을 사용하여 작물 건강을 빠르게 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 것을 상상한다.

 

다른 새로운 유전자 변형 식물도 곧 우리의 길을 향하고 있다. 이번 달부터 정원사는 항산화 물질이 풍부한 생명 공학 보라색 토마토의 씨앗을 구입할 수 있다. 또 다른 스타트업은 공기 중의 유해 화학물질을 걸러내는 유전자 조작 관엽식물을 개발하고 있다. 그리고 pairwise는 CRISPR를 사용하여 더 부드러운 케일, 씨 없는 베리, 씨 없는 체리를 만들고 있다.

 

“유전자 변형 식물에 대한 사람들의 반응은 복잡하다.” 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 식물 생물학자인 스티븐 버제스가 네이처에 말했다. 이는 부분적으로 논란이 많은 기업과의 연관성과 우리 몸에 들어가는 물질에 대한 걱정 때문이다. 새로운 야광 피튜니아는 대기업의 제품이 아니다. 실제로 사르키시안은 Light Bio가 사람들이 식물을 공유하는 것에 대해 지나치게 호전적일 계획이 없으며 음식도 아니라고 말했다. 그러나 그들은 설득력이 있다.

 

드류 엔디(Drew Endy)는 인터뷰에서 “그들은 사람들이 경이로운 입장에서 생명공학을 경험하도록 초대한다.”라고 말했다. 대중적인 공상 과학 소설을 불러일으키는 것 외에도 아마도 이러한 사례는 더 많은 청중에게 합성 생물학의 가능성과 위험을 소개하고, 사려 깊은 대화를 시작하고, 사람들이 스스로 선을 긋는 데 도움을 줄 수 있다.

 

 

 

이미지 출처 : Light Bio