현대생명공학기술로

생명체의 형질을 전환시켜 생산하는 LMO는 산업적으로 유용하며 높은 효율의 결과물을 확보하는 장점이 있는 반면, 환경에 미치는 영향 등 새롭게 고려할 사항 도 있다. 일반적으로 LMO가 환경에 미치는 잠재적인 부정적 영향으로 생물의 진화 교란, 생물 다양성의 파괴, 잡초화, 유전 자 전이, 토양미생물의 변화 등이 과거부터 지적되어 왔다 (Agbios, 2001). 예를 들어 LM 옥수수의 유전자 전이에 의한 토종 옥수수 오염(Quist & Chapela, 2001), 제초제저항성 유전 자변형 애기장대의 유전자 이동 (Bergelson et al., 1998), 해 충저항성 유전자변형 옥수수의 곤충상에 미치는 부정적 영향 (Hilbeck, 2001) 등 LMO의 부정적인 국외사례가 보고된 바 있으며, 국내에서는 비의도적인 LMO 환경 유출사례가 여러 차례 보고되었다(농촌진흥청, 2006; Park et al., 2007; Lee et al., 2007). LMO로 인한 영향은 도입유전자가 삽입될 숙주의 생물종, 도입유전자의 특성, LMO가 방출된 주변 생태계 환경 에 따라서 다양하게 나타날 수 있기 때문에 (Domingo & Bordonaba, 2011; Carpenter, 2011) 위해성평가는 사례별로 진 행되며 요구되는 자료도 사례별로 달라진다. 이러한 생태계에 대한 위해성을 판단하는 과정을 생태계 위해성 평가 (Ecological Risk Assessment)라 한다. 통상적으로 ‘위해성’은 발생 가능성뿐만 아니라 유해영향의 심각성이 어떻게 나타나 는지를 함께 고려하게 되며 위해성은 발생의 가능성과 유해영 향의 심각성을 조합해서 표시할 수 있다 (NRC, 2002). 하지 만 이러한 통상적 위해성의 개념은 물리적인 비생물적 요소의 판단에 기초한 개념이므로, 생물적인 요소를 다루는 LMO 생 태계 위해성평가에 일률적으로 적용할 수 없어 이에 대한 추 가적인 검토요소를 보완하여 평가가 이루어진다.

LMO의 생태계 안전관리는 LMO의 국내 수입과 생산 또는 사용을 관리하고, 생태계에 유출된 LMO를 조기에 제거하며 생태계에 미칠 영향을 고려하여 LMO의 철저한 통제 및 생태 계 복원의 방식으로 이루어진다. LMO 관리를 위한 국내법인 “유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률”(이하 LMO 법)에는 LMO의 생산이나 수입 승인을 위한 생태계위해성 심 사와 함께 LMO 사용에 따른 안전관리가 규정되어 있다 (Park & Park, 2010). LMO 법에 따라 식품용, 사료용, 가공 용 및 재배용 등의 상업용 LMO는 국내시장에 유입되기 전에 인체나 생태계에 위해성을 심사하여 그 결과에 따라 국내시장 유입을 승인/비승인하게 되며, 국내에 유입된 LMO가 생태계 에 유출되어 위해성이 우려되는 경우에는 생육개체 제거 등의 안전관리를 통하여 위해성을 해소하게 된다. 이를 위하여 심 사기관은 LMO의 비의도적 환경 유출 및 유전자오염 확산 등 의 사전예방을 위한 모니터링 사업 뿐만 아니라 상업용 LMO 의 생태계 위해성 심사를 수행하고 있다. LMO의 생태계 위 해성 심사는 LMO법에 따른 통합고시 별표 10-1에 명시된 항 목(3. 평가자료 위해성 심사영역에서 자세히 설명)에 근거하여 수행 한다(국립환경과학원, 2011). 이러한 LMO 생태계위해성 심사는 LMO의 총 5개 분과(생물생태분과, 분자생물학분과, 유 전육종분과, 자연생태계 영향평가분과, 환경방출 및 안전관리 분과)에 15-20인의 전문가로 구성된 ‘LMO 자연환경위해성 전 문가심사위원회’ (이하 전문가 심사위원회)의 합의에 기초하며 심사대상이 되는 LMO의 생태계위해성에 대한 중요한 요소가 적절히 비교평가 되었는지 또는 포장 실험의 설계가 현실적이 며 적정한 수행이 이루어졌는지의 여부를 중점적으로 검토한다.

LMO 자연생태계 위해성 심사절차

LMO 자연생태계위해성 심사는 신청자 혹은 타 부처 중앙 행정기관에서 LMO의 자연생태계에 대한 협의심사가 접수됨 과 동시에 시작된다. 환경부는 접수일로 부터 일정한 기간 이 내에 해당 LMO의 위해성심사를 하고, 그 결과와 해당 LMO 가 국내 생물다양성의 가치에 미칠 사회·경제적 영향을 고려 하여 승인/비승인 여부를 신청자 혹은 협의요청기관장에게 서 면으로 통보하는 절차를 거치며 이는 통상 270일이 소요 된 다(Fig. 1).

이때 심사기관은 구비서류 충족여부, 심사항목별 자료 확보 가능 여부 및 심사기관 판단 등을 10일 안에 확인하여 접수 여부를 판단한다. 그리고 접수된 LMO의 심사를 위하여 전문 가 심사위원회를 구성하여 본격적인 LMO 자연생태계위해성 심사를 진행한다. 전문가 심사위원회는 환경위해성 평가 자료 를 심사하거나 환경위해성 평가항목 조정 및 예외대상, 수출· 입 등 관련 심사, 승인사항 취소, 금지·변경 사항 또는 재심사 등에 관한 심의를 전문성에 맞추어 5개 분과(생물생태분과, 분 자생물학분과, 유전육종분과, 자연생태계 영향평가분과, 환경 방출 및 안전관리분과)로 심도 있게 평가한다. 전문가심사위원 회는 심사대상 이벤트를 <별표 10-1 유전자변형생물체의 위해 성평가 자료>에 제시된 일반항목, 수용·공여 생물체 특성 등 12개 환경 위해성 평가영역에 맞추어 심사를 실시한다. 그리 고 심사기관은 그 심사 위원회 검토결과에 따른 후속조치나 재검토 자료보완 요구, 수·출입 승인여부 판단에 관한 최종결 론을 환경부에 보고한다.

평가 자료의 위해성 심사영역

현재 심사기관이 수행하는 LMO 생태계 위해성 심사는 고 시 별표 10-1의 위해성평가 자료에 준한다. 별표 10-1의 평가 자료는 총 13개 항목으로 구분 되어 있으나, 일반적인 심사를 기준으로 할 때 총 12개 항목에 해당하는 자료를 평가한다. 고시 별표 10-1의 위해성평가 자료는『바이오안전성 의정서』 (이하 의정서)의 부속서 Ⅲ에 명시되어 있는 ‘위해성평가’를 위 한 기본적 고려 사항과 일반원칙에 따라 수립되었다. 따라서 의정서 부속서 Ⅲ의 일반원칙은 LMO 위해성평가의 근간이 된다. 별표 10-1의 위해성평가 자료는 성격상 크게 (1) 생물종 위해성 판단정보, (2) 도입 유전자 위해성 판단정보 (3) 주변 생태계 영향 판단 정보라는 3개 영역으로 나눌 수 있다.

1생물종 위해성 판단 영역

LMO의 자연환경위해성을 판단하기 위해서는 먼저 도입유 전자가 삽입될 숙주 생물종 자체의 위해성을 판단하며 3개의 하부 영역으로 나뉘어 평가한다.

가.일반자료

해당 영역에는 LMO가 개발된 배경과 목적에 대한 요약이 기록된다. 예를 들어, 제초제저항성 LMO의 경우 대개 잡초방 제의 효율성을 증대할 목적이므로, 제초제의 특성, 기존작물에 적용하였을 때의 문제점, 제초제저항성 작물에 적용하였을 때 의 잡초방제상의 이점 등이 기술된다. 해충저항성 작물의 경 우 해충에 의해 발생되는 문제, 살충제 처리시의 문제점, 해충 저항성 작물이 기존작물과 비교하여 해충피해 억제의 이점이 기술되므로 심사대상 LMO의 성격을 이해할 수 있다.

나숙주에 관한 자료

일반적으로 숙주가 되는 생물종은 작물로서의 용도가 대부 분이며, 이때 고려되는 사항으로는 숙주생물의 ‘확산성’과 ‘생 존력’이 평가된다. 왜냐하면, 확산과 생존이 강한 경우 LMO 의 자연생태계 유입 시 확산 제어의 어려움과, 근연종으로의 유전자 전이와 이로 인한 고유유전자 풀을 혼란케 하는 매개 체로서 이용되기 때문이다. 또한 ‘확산성’과 ‘생존력’이 낮다 하더라도 LMO의 근연종이 존재하는 경우 외부로 드러나지 않는 도입유전자의 전이가 우려되기에 이 경우 근연종의 관리 및 통제가 요구될 것이다.

다공여생물체에 관한 자료

해당영역에서는 도입유전자를 제공하는 공여생물체에 대한 정보를 기술하고 있다. 일반적으로 공여생물체는 질병발생 및 위해성 여부에 따라 위해 정도를 구별하기 때문에 이에 대한 정보를 사전 숙지하여야 하며, 국제적으로 통용되는 위험군 분 류 생물체의 자료를 참고할 수 있다. 또한 개발사는 공여생물 체에 대한 상세한 정보를 제공하여야 한다.

2도입유전자 위해성 판단 영역

도입된 유전자 자체가 생산하는 단백질 등이 자체적으로 독 성을 가지거나, 도입유전자를 가진 LMO가 기존의 대조군에 비하여 생존력과 확산성 변화 등의 실험적 결과를 토대로 LMO의 위해성 여부를 판단하게 된다.

가운반체(vector) 및 도입유전자에 관한 자료

운반체는 숙주에 도입유전자를 삽입하기 위해 이용하는 전 달자를 의미한다. 일반적으로 상업적으로 판매되는 운반체를 이용하지만, 개발사에서 자체적으로 개발한 운반체가 이용되 기도 한다. 운반체는 기본적으로 자기복제가 가능하고 항생제 저항성 등 선택을 위한 표지유전자를 포함하고 있다. 따라서 운반체가 숙주 생물체의 내부에 잔류하고 있는지의 여부를 과 학적으로 설명하여야 한다. 한편 도입유전자의 위해성을 판단 하기 위한 자료로서 (1) 도입유전자의 기본적인 정보, (2) 도 입유전자 자체가 유해한지의 정보, (3) 도입유전자의 변형 및 기타 유전자에 미치는 영향 가능성 정보를 개발사는 제시해 야 하며 삽입된 유전자의 복제수, 통합(integration)된 부위의 주변염기 서열 및 전체 또는 일부가 식물 유전체에 삽입되 었는지를 보여주는 실험자료 등을 근거로 유전자의 안전성을 확인한다.

나유전자변형생물체의 개발에 관한 자료

LMO의 개발목적 및 주요 이용환경에 대한 일반적인 내용 을 설명하며 심사대상 LMO의 기본정보를 제시하고 있다. LMO의 개발은 (1) 해충 및 제초제 저항성을 통한 재배 관리 의 효율성 증대 (2) 영양물질 및 기능물질 강화 (3) 특수목적 이용으로 구분된다. 해충구제의 경우, 작물의 상업성과 생산성 을 저하시키는 곤충이 해충저항성 LMO를 섭식할 경우 폐사 하거나 기피하도록 하는데 그 목적이 있으며, 환경위해성이 우 려되는 LMO로서 표적/비표적 생물체 전반과 유전자 안전성 과 전이성 등에 대한 다각적인 검토가 이루어진다.

다유전자변형생물체의 분자생물학적 특성에 관한 자료

LMO 내에 도입된 유전자의 삽입위치를 확인하기 위하여 수 행한 실험의 상세한 실험방법과 데이터를 검토한다. LMO 유 전체에 삽입된 도입유전자(선발표지유전자 포함)의 염기 서열 과 도입유전자 주변의 염기서열을 분석하고 염기서열 정보 및 사용된 프라이머에 대한 상세한 설명이 제시되었는지를 확인 한다. 이러한 도입유전자의 특성에 해당하는 과학적인 근거는 개발사가 수행한 적합한 실험방법으로부터 도출된 결과들 뿐 만 아니라 OECD 합의서 및 과학적 자료에 근거한 연구논문 의 분자생물학적 정보를 바탕으로 한다.

라유전자변형생물체와 비변형생물체의 비교자료

해당 영역에서는 LMO의 도입유전자 발현을 제외한 대조군 과의 생물학적 활성에 변화가 없이 동일함 (실질적 동등성)을 설명하고 있다. 새로이 발현된 산물과 알려진 모든 독성 및 알레르긴과의 상동성 분석자료 (생물정보학적 분석자료 및 Northern, SDS-PAGE, Immuno-cross reactivity, N-terminal amino acid sequence, Carbohydrate moiety analysis, Enzyme specific activity 등에 관한 정보)를 검토하여 도입유전자가 숙주의 기 능을 비의도적으로 변형시켰는지 여부 및 우발적 돌연변이의 발생 여부 등을 검토한다. 또한 이렇게 만들어진 LMO가 대 조군과 비교하여 생존 우위에 이점을 가질 수 있는지 여부 및 해당 LMO가 생태계에 미치는 영향 역시 검토하여 도입유전 자의 위해성을 판단한다.

3주변생태계 영향판단 영역

가세부 위해 영향 자료

생물체에 대한 안전성 우려수준은 환경 내 생물체 특성을 고려하여 평가한다. 생물체의 특성은 같은 환경 내 다른 생물 체와의 생태학적 관계에 따라 고려되며 일반적으로 고려할 사 항은「유전자변형생물체의 환경방출 시험연구 지침 (USDA/ Office of Agricultural Biotechnology)에 의거하여 다음과 같다.

이외에 OECD 표준기술서의 해당 사항에 대한 국제적 논의 사항을 심사 시 참고할 수 있다.

나유전자변형생물체의 환경방출에 관한 자료

LMO가 자연 생태계에 방출될 경우, 자연생태계에 미치는 영향에 대한 국내 관련법으로는 “외래생물의 생태계위해성 평 가지침”에 따른 생태계 위해성 평가 전략이 있으며 사항은 다 음과 같다.

하지만, LMO는 외래종이 아닌 환경 중 재배되는 상업적 관행종을 이용하여 유전자를 변형시킨 생물체이기 때문에 외 래 생물종이 생태계에 미치는 피해를 산정하기 위해 만들어진 이들 기준을 직접 또는 동일시 적용하는 것은 한계가 있다. 따라서 ‘군집변화와 환경에 미치는 영향’ 범위 내에서 생태계 위해영향을 판단하고 있으며 LMO의 환경방출과 관련된 OECD 표준기술서 등으로 부터 해당사항에 대한 국제적 논의 사항을 심사시 참고하고 있다.

다모니터링, 폐기물관리, 긴급 상황 등 계획에 대한 자료

해당 영역에서는 LMO 생물체가 포장 실험된 지역의 환경 특성 및 주변 환경 요소, LMO의 자연생태계 잔존능력 (volunteer or self-survival after drop-offs of seeds), 비의도 적 환경 방출시 대책안 등의 정보를 제시하고 있다. 심사기관 은 LMO의 안전관리와 사전 및 사후 모니터링 관리단계에 중 점을 두고 있기 때문에 이 영역에 많은 노력을 두고 평가를 실시하고 있다. 하지만 지역 간 또는 국가 간 환경적 차이가 있기 때문에 개발국 포장실험 결과를 우리나라 생태계와 연장 하여 평가하는 것은 어렵고 무엇보다 모니터링 체계의 국가 간 차이는 국제간의 조화가 필요한 부분이다. 2014년 2월 현 재, 대한민국에서 재배를 목적으로 승인된 LMO는 없다. LMO는 식용·사료용·가공용 (Food Feed Processing; FFP)으로 승인되었으며 이는 위해성평가심사에서 그 용도에 따른 심사 의 구분이 반영된 형태이다.

신기술 개발 현황 및 그에 따른 심사 고려 사항들

최근 NPBT (New Plant Breeding Technology)의 개발과 이로부터 생산된 유전자변형생물체는 LM규제 범위에 포함되 는지의 여부와 위에서 열거한 별표 10-1의 자연환경 위해성 평가항목으로 이들 LMO의 안전성 심사에 충분한지를 생각하 게 한다. 실제로 일본에서는 듀폰사에서 개발한 Seed Production Technology기술로 만들어진 옥수수 DP-32138-1에 대 해 LM규제 면제 판정을 결정하였으며 향후 NPBT 기술로 생 산될 LMO에 대해서 LM규제 면제 대상이 될지 사례별로 판 단할 것으로 결정했다(OECD, 2013). 따라서 이번 장에서는 현재 개발 중인 NPBT와 그에 따른 문제점을 논의하고자 한 다. Lusser & Davies (2013)에 따르면 최근 활발히 연구되고 있는 NPBT를 5개 그룹으로 분류하고 그에 대한 상세한 설명 과 향후 심사 시 고려사항에 대해 기술하였다(Table 1). 이들 신기술 중 최근 활발히 연구가 진행되고 있으며 이를 이용한 다양한 유전자변형생물체가 만들어 지고 있는 몇몇 기술들에 대해 살펴보도록 하겠다.

Zink Finger Nuclease (ZFN)기술은 원하는 특정 유전자 좌 위에 절단 (double strand break)을 만들고 DNA 수복기작을 통하여 유전자 염기를 손실시키거나 또는 첨가함으로써 유전 자의 기능을 변형 시킨다(Carroll, 2012). 또한 다소 긴 유전 자절편(template DNA)을 함께 도입해주면 특정 부위에 template 유전자 절편을 삽입 시켜줄 수도 있다(Cermak et al., 2011). 현재 이 기술은 유럽 연합 Directive 2001/18/EC 와 2009/41/EC에 의거 LM규제 대상이지만 유전자가 아닌 단 백질을 식물체에 직접 도입하거나 또는 template 유전자를 사 용하지 않는다면 LM규제 대상에서 제외될 수 있다. 특정유전 자의 기능을 무력화 시키는 또 다른 방법으로 소형 이중가닥 RNA (small double strand RNAs: dsRNAs)를 이용하는 기 술이 있다(Hoffer et al., 2011). 특정 유전자의 염기서열에 상 보적인 이중가닥의 RNA는 메틸화라는 기작을 통하여 유전자 를 변형시키며 그럼으로써 특정유전자의 기능을 무력화 시킨 다. 하지만 이와 같은 기술들은 비의도적 유전자들(off-targets; 의도한 유전자와 상동성이 높은 유전자들)도 동시에 무력화될 수 있는 가능성이 있으며 따라서 비의도적 파급효과로 이어질 가능성이 있다(Heinemann et al. 2013).

또한 농업형질 향상(내재해성, 내병성, 제초제저항성, 내염성 등)이나 기능성 개선(백신생산, 혈전용해, 락토페린 생산 등)을 위해 외래유전자를 도입한 LMO보다 특정 유전자의 발현을 조절하기 위해 dsRNAs기술로 만들어진 LMO는 자연생태계로 비의도적 방출될시 사전·사후 모니터링이 어려울 뿐만 아니라 유전자 전이에 대한 파급효과가 더욱 크다(Petrick et al., 2013). 또한 제초제저항성 또는 해충저항성 단백질과는 달리 dsRNA는 섭식으로 곤충의 장(gut)에 직접 흡수되어 분해되므 로 안전성 평가에 대한 많은 노력과 관심을 기울여야 한다 (Kupferschmidt, 2013). 이외에 viral/adenoviral, adeno-associated virus 운반체를 이용하여 도입 유전자의 발현을 식물체 유전체 에 삽입시키지 않고 세포질에서 발현시키는 기술(Gellhaus et al., 2010; Porteus et al., 2003) 이나 유도 개시인자(inducible promoter)를 이용하여 필요한 시기에만 세포내 발현을 조 절하는 기술이 개발되어 현재 LM생산에 적용되고 있다.

전통적 아그로박테리움을 이용한 도입유전자의 식물 유전체 로의 삽입 방법은 무작위로 발생하는 현상이므로 예상치 못한 영향(의도하지 않은 유전자의 기능 상실 또는 유전자 위치에 따른 전사발현 차이를 야기할 수 있다. 그에 비해 ZFN기술은 표적 유전자에 특정 염기서열을 삽입하거나 또는 결손 시키는 데 있어 보다 높은 효율성과 신뢰성을 줄 수 있으며 개발사로 부터 심사 제출서의 분자생물학적 정보의 상당부분을 감소시 킬 수 있다.

하지만 NPBT 기술 적용으로 야기되는 비의도적 효과 발생 가능성 또한 배제 할 수 없다. 따라서 신기술 발달로 생산된 LMO의 정확한 평가 심사 및 안전관리를 위한 국가간 그리고 학계간 논의가 필요한 시점에 온 것 같다.

적 요

생명공학 기술의 발달로 산업적으로 이용 가치가 높은 LMO를 만들기 위해 끊임없는 노력이 이뤄지고 있다. 이러한 다양한 시도로 인하여 향후 상용화될 LMO에 대한 위해성 평 가와 안전관리는 지속적으로 보완 발전되어야 한다. 본 논문 에서는 현재 우리나라에서 이뤄지고 있는 LMO 생태계 안전 관리 위해성 심사 과정을 조명하였다. LMO의 생태계위해성 심사는 LMO법에 따른 통합고시 별표 10-1에 명시된 항목에 근거하여 수행하고 있다. 평가 자료의 위해성 심사 영역은 자 연환경위해성을 평가하기 위하여 생물종 위해성 판단 영역, 도 입유전자 위해성 판단 영역, 주변 생태계 영향 판단 영역으로 나누어 진행하고 있다. 최근 신기술 개발에 따른 LMO 심사 의 범위와 항목에 여러 제약이 존재한다. 따라서 생태계 위해 성 안전관리를 위해 신기술로 생산된 LMO에 대한 다각적인 논의가 필요할 것으로 사료된다.