유전자 편집 미생물에 대한 획기적인 연구로 농부들에게 새로운 질소 공급원 제공

최근 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표된 동료 검토 연구는 수백 년 된 질소 전달 방법을 작물에 변화시킬 수 있는 잠재적으로 혁명적인 기술을 공개했습니다. 위스콘신-매디슨 대학교, 퍼듀 대학교, 피벗 바이오(Pivot Bio)의 과학자들이 참여하는 이 공동 연구는 유전자 편집 미생물이 대기 질소를 효과적으로 고정하고 이를 곡물에 직접 전달할 수 있다는 선구적인 증거를 제시합니다.

이 연구는 동위원소 표지된 질소를 활용하여 공기에서 옥수수 잎의 엽록소까지의 이동을 추적하여 질소가 유전자 편집 미생물에 의해 고정되었음을 확인했습니다. 현장 연구에서는 이러한 미생물이 에이커당 최대 40파운드의 합성 질소 비료에 해당하는 양의 질소를 제공하여 비슷한 작물 수확량을 달성할 수 있음을 보여주었습니다.

이번 연구에 참여하지 않은 미시간 주립대학교 교수인 Bruno Basso 박사는 예측할 수 없는 날씨와 다양한 토양 조건으로 인해 작물의 질소 수준을 관리하는 것이 복잡하다는 점을 강조했습니다. 이러한 복잡성으로 인해 영양 공급과 작물 수요를 정확하게 일치시키는 것이 어려운 경우가 많습니다.

자연적으로 대기 질소를 암모늄으로 전환할 수 있는 박테리아 유형인 디아조영양균은 생물학적 질소 고정(BNF)으로 알려진 과정의 핵심입니다. 그러나 전통적인 토양 디아조영양균은 장기간에 걸쳐 높은 질소 수준에 노출되면 질소 고정 능력을 잃습니다. 이는 합성 비료로 처리된 밭에서 흔히 볼 수 있는 상황입니다.

Pivot Bio의 연구원들은 질소가 풍부한 환경에서도 계속해서 질소를 고정하는 유전자 편집 미생물을 개발하여 이러한 문제를 극복했습니다. Pivot Bio의 최고 혁신 책임자인 Karsten Temme 박사는 “유전자 편집을 통해 우리는 미생물이 주변 환경에 존재하는 질소를 인식하지 못하게 함으로써 이들이 계속해서 암모늄을 고정하고 이를 작물의 뿌리 시스템에 직접 전달할 수 있게 되었습니다.”라고 설명했습니다.

이번 개발은 농업에서 질소 효율성을 높이고 합성 비료로 인한 환경 영향을 줄이기 위한 Pivot Bio의 광범위한 전략의 일부입니다. 현장 시험에는 실제 조건에서 다양한 동위원소 실험이 포함되어 유전자 편집 미생물의 질소 고정 능력을 확인했습니다. 다양한 농장에서 수집한 샘플에 따르면 전통적인 질소 비료를 Pivot Bio의 PROVEN® 40으로 대체하면 전체 수확량에 영향을 주지 않고 식물의 질소 수준이 초기에 증가하는 것으로 나타났습니다.

Temme 박사에 따르면, 이 연구는 농부들이 작물 생산성을 희생하지 않고도 합성 질소 비료에 대한 의존도를 줄일 수 있다는 점에서 의미가 크다고 합니다. 이러한 발전은 농부들에게 이익이 될 뿐만 아니라 환경 오염을 줄이고 농업 탄소 배출량을 줄일 수 있는 잠재력도 가지고 있습니다.