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황금쌀

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1. 개요

황금쌀은 비타민 A 결핍증을 해결하기 위해 유전자 변형된 쌀 품종이다. 1982년 록펠러 재단의 계획으로 시작되어, 2000년에 과학적 세부 사항이 처음 발표되었다. 황금쌀은 수선화와 박테리아에서 유래한 유전자를 도입하여 베타카로틴을 생성하도록 설계되었으며, 비타민 A 결핍증이 심각한 개발도상국에서 쌀을 주식으로 하는 어린이들에게 도움이 될 것으로 기대되었다. 2018년 캐나다와 미국에서 안전성을 승인받았지만, 필리핀에서는 상업적 재배가 승인되었다가 중단되는 등 논란이 있다. 황금쌀은 안전성, 환경 영향, 사회경제적 영향에 대한 우려와 지지, 시위, 연구, 보급에 관한 다양한 논쟁을 겪고 있다.

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2. 역사

황금쌀 개발 연구는 1982년 록펠러 재단의 계획으로 시작되었다.[6] 1990년대에 피터 브램리는 단일 피토엔 불포화효소 유전자(''CrtI'')를 사용해 피토엔으로부터 라이코펜을 생산할 수 있음을 발견했다.[7] 라이코펜은 황금쌀에 내재된 시클라제에 의해 베타카로틴으로 고리화된다.[8]

황금쌀의 카로티노이드 생합성 경로 개요. 붉은색으로 표시된 황금쌀의 배젖에서 발현되는 효소는 게라닐게라닐 이인산으로부터 베타카로틴의 생합성을 촉매한다. 베타카로틴은 동물의 장에서 레티날로 전환된 후 레티놀(비타민 A)로 전환되는 것으로 추정된다.


2000년, 취리히 연방 공과대학교의 잉고 포트리쿠스와 프라이부르크 대학교의 피터 베이어가 8년간 진행한 프로젝트의 결과로 황금쌀의 과학적 세부 사항이 처음 발표되었다.[2]

2004년 루이지애나 주립 대학교 농업센터에서 황금쌀 품종의 첫 번째 현장 시험이 실시되었다.[9] 이후 필리핀, 대만, 방글라데시(2015년)에서 추가 시험이 실시되었다.[10] 현장 시험 결과, 현장에서 재배된 황금쌀은 온실에서 재배된 것보다 베타카로틴을 4~5배 더 많이 생산하는 것으로 나타났다.[11]

2. 1. 황금쌀 2

2005년, 신젠타 연구팀은 옥수수의 피토엔 합성효소(psy) 유전자와 원래 황금쌀의 crtl 유전자를 결합하여 황금쌀 2호를 개발했다. 황금쌀 2호는 옥수수의 psy 유전자가 카로티노이드 합성에 가장 효과적이며 베타카로틴을 우선적으로 축적(37 μg/g 중 31 μg/g)하기 때문에 황금쌀보다 23배 많은 카로티노이드(최대 37 μg/g)를 생산한다.[27] 2015년부터 2016년까지 필리핀 4곳에서 재배된 황금쌀 2호의 구성 분석 결과, 베타카로틴을 포함한 각종 프로비타민A 이외의 물질 양은 일반적으로 소비되는 벼 계통과 동등한 수준이었다.[80]

3. 유전학

황금쌀은 유전자변형 기술을 통해 두 개의 베타카로틴 생합성 유전자를 벼에 도입하여 개발되었다.


  • ''psy'': 수선화 ''Narcissus pseudonarcissus''에서 유래한 파이토엔 합성효소 유전자
  • ''crtI'': 판토에아 속 박테리아 ''Pantoea ananatis'' (''에르위니아 우레도보라'')에서 유래한 파이토엔 불포화효소 유전자[89]


(''lcy'' (Lycopene beta-cyclase|라이코펜 베타-사이클라제영어) 유전자를 추가로 삽입해야 할 것으로 생각되었으나, 후속 연구를 통해 야생형 벼의 배젖에서 이미 ''lcy''가 생산되고 있음이 밝혀졌다.)

''psy''와 ''crtI'' 유전자는 쌀의 핵 게놈에 삽입되었고, 배젖에서만 유전자 발현이 일어나도록 배젖 특이적 프로모터의 조절을 받도록 배치되었다. 박테리아 ''crtI'' 유전자는 게라닐게라닐 이인산이 합성되는 색소체로 이동하기 위한 신호 펩타이드가 추가되도록 설계되었다.[86] ''crtI''는 라이코펜까지 카로티노이드 합성의 여러 단계를 촉매할 수 있기 때문에, 박테리아 유래 ''crtI'' 유전자를 도입하는 것은 경로를 완성하는 데 중요한 역할을 한다. 반면 식물에서는 이러한 단계에 여러 효소가 필요하다.[21] 조작된 경로의 최종 생성물은 라이코펜이지만, 식물이 라이코펜을 축적한다면 쌀은 붉은색을 띨 것이다. 그러나 최근 분석 결과, 식물의 내재 효소가 배젖에서 라이코펜을 베타카로틴으로 전환하여 쌀에 고유한 노란색을 부여하는 것으로 나타났다.[22]

4. 비타민 A 결핍증



황금쌀은 비타민 A 결핍증(VAD)으로 고통받는 어린이를 돕기 위해 연구되었다. 2005년에는 122개국에서 1억 9천만 명의 어린이와 1천 9백만 명의 임산부가 VAD의 영향을 받는 것으로 추산되었다.[90] VAD로 인해 매년 100만~200만 명이 사망하고, 50만 건의 불가역적인 실명과 수백만 건의 Xerophthalmia|안구건조증영어이 발생한다.[62] 어린이와 임산부는 특히 위험하다. 비타민 A가 부족한 지역에서는 비타민 A를 경구 투여하거나 주사로 보충한다.

1999년에는 43개국에서 5세 미만 어린이를 위한 비타민 보충 프로그램이 시행되었다. 그중 10개국에서는 1년에 두 번 고용량을 투여했으며, UNICEF에 따르면 이를 통해 VAD를 효과적으로 없앨 수 있다.[91] 그러나 UNICEF와 여러 NGO는 저용량을 자주 투여하는 것이 더 바람직하다고 말한다.[92]

VAD의 영향을 받는 국가에서는 많은 어린이가 쌀을 주식으로 하기 때문에, 쌀에서 비타민 A 전구체인 β-카로틴이 생성되도록 유전자 변형을 하는 것은 현재의 비타민 보충 프로그램이나 녹황색 채소 및 동물성 제품 섭취를 늘리는 것보다 간단하고 저렴한 방법으로 여겨진다. 황금쌀의 영양가에 대한 초기 분석에서는 황금쌀 섭취만으로는 VAD 문제를 해결할 수 없지만, 다른 보충 방법을 보완할 수 있다고 시사했다.[93][94] 황금쌀 2는 충분한 양의 프로비타민 A를 함유하고 있어 하루 약 75g으로 필요량을 충족할 수 있다.[66]

카로틴은 소수성이므로, VAD를 완화하려면 황금쌀(및 기타 비타민 A 보충제)을 섭취할 때 충분한 유지방이 있어야 한다. 또한 VAD는 일반적으로 불균형적인 식사와 관련이 있다. 따라서 황금쌀로 대체하는 것만으로는 VAD 해결책이 될 수 없다는 주장이 있다. 그러나 이는 황금쌀 초기 품종에 대한 것이며, 최신 버전에서는 한 컵으로 건강한 어린이의 영양소 요구량 60%를 섭취할 수 있다.[95] 선진국에서 설정된 영양소 요구량은 실명을 예방하는 데 필요한 양보다 훨씬 많다.[66]

5. 승인 및 거부

2018년, 캐나다미국은 (Health Canada)와 (FDA)이 안전성을 인정하면서 황금쌀을 승인했다.[12] 2016년 FDA는 황금쌀의 베타카로틴 함량이 미국 시장에서 비타민 A를 충분히 공급하지 못한다고 판결했으나, 이후 입장을 바꾼 것이다.[13] 캐나다 보건부는 황금쌀이 알레르기에 영향을 미치지 않으며, 의도된 높은 수준의 프로비타민 A를 제외하고는 일반 쌀 품종과 영양소 함량이 동일하다고 발표했다.[14]

2019년, 필리핀에서 황금쌀은 식용 및 사료 또는 가공용으로 사용이 승인되었다.[15] 2021년 7월 21일, 필리핀은 비타민 A 강화 황금쌀의 상업적 재배에 대한 생물안전 허가를 공식적으로 발급한 최초의 국가가 되었다.[16] 이는 남아시아와 동남아시아에서 유전자 변형 쌀의 최초 상업적 재배 승인이었다. 이 허가로 필리핀 정부가 명시한 조건에 따라 황금쌀을 대규모로 재배할 수 있게 되었다.[17] 그러나 2023년 4월, 필리핀 대법원은 소비자 건강과 환경에 위험을 초래한다고 주장하는 농민과 과학자 단체인 MASIPAG의 청원과 관련하여 필리핀 농림부에 황금쌀의 상업적 재배를 중단하라는 명령을 내렸다.[18] 이 칼리카산의 영장은 2024년 4월 항소법원에서 유지되었다.[19] 같은 날, 필리핀 항소법원은 유전자변형 농작물인 황금쌀과 Bt 가지의 상업적 재배에 대해 중지 명령을 내렸다. 항소법원은 이들의 건강 및 환경 영향에 대한 "완전한 과학적 확실성"이 부족하다고 판시했다. 이 결정은 마시파(Magsasaka at Siyentipiko para sa Pag-unlad Agrikultura (Masipag))와 그린피스 동남아시아(Greenpeace Southeast Asia) 등의 단체가 제기한 소송에 대한 응답이었다. 법원은 필리핀 로스바뇨스 대학교와 필리핀 쌀 연구소에 정부가 이전에 부여했던 생물안전 허가를 취소했다.[5] 이 결정은 수천 명 어린이의 생명을 위험에 빠뜨린다는 비판을 받았다.[20]

6. 논란

유전자변형 식품 논란과 마찬가지로 황금쌀에 대해서도 여러 우려가 제기되었다. 초기에는 황금쌀의 베타카로틴 함량이 충분하지 않다는 문제가 있었으나, 이는 새로운 품종(GR2E) 개발로 해결되었다.[27] 그러나 쌀 수확 후 베타카로틴 분해 속도와 조리 후 잔존량은 여전히 논란거리다.[36] 2009년 연구에서는 황금쌀의 베타카로틴이 인체에서 효과적으로 비타민 A로 전환된다는 결과가 나왔다.[28]

그린피스는 농업에서 특허받은 모든 유전자변형생물체(GMO) 사용에 반대하며, 황금쌀이 GMO의 광범위한 사용으로 이어질 것이라고 주장한다.[37][38] 국제 쌀 연구소(IRRI)는 프로젝트의 비상업성을 강조하며, 황금쌀 품종 판매로 인한 로열티나 대금을 받지 않을 것이라고 밝혔다.[39]

인도의 반 GMO 활동가 반다나 시바는 황금쌀이 생물다양성 감소와 식량 주권 문제를 야기할 수 있다고 주장한다.[40] 또한, 황금쌀 지지자들이 다양하고 영양가 있는 식품의 부족 문제를 감추고 있다고 비판한다.[40] 다른 단체들은 고구마, 잎채소, 과일 등 베타카로틴이 풍부한 식품을 섭취하면 충분한 비타민 A를 얻을 수 있다고 주장한다.[41] 그러나 존스홉킨스 블룸버그 공중보건대학의 키스 웨스트는 개발도상국 빈곤층에게는 이러한 식품들이 비싸거나 특정 계절에만 구할 수 있다고 반박한다.[42]

2008년 WHO의 프란체스코 브란카는 황금쌀에 대한 실제 연구 부족과 이용자 수 불확실성을 언급하며, 기존 식품 강화 및 보충제 제공이 더 유망한 방법이라고 결론지었다.[43] 2001년에 황금쌀에 비판적이었던 작가 마이클 폴란은 2013년에 연구 지원 의사를 밝혔다.[44]

2012년 ''미국 임상 영양 저널''에 발표된 연구는 윤리적 논란을 일으켰다.[31] 중국에서 6~8세 어린이를 대상으로 한 연구가 터프츠 대학교와 연방 정부의 연구 규칙을 위반한 것으로 밝혀졌다. 동의서 불충분, 연구 프로토콜 무단 변경, 중국 윤리심사위원회 미승인 등의 문제가 있었으며, 사용된 유전자변형 쌀은 불법 반입된 것이었다.[45][46]

6. 1. 지지

빌&멀린다 게이츠 재단은 농업 개발에서 유전자 변형 생물체(GMO)의 사용을 지지하며, 국제 벼 연구소의 황금쌀 개발을 지원하고 있다.[47] 2016년 6월, 107명의 노벨상 수상자들은 그린피스와 그 지지자들에게 보내는 공개 서한에서 "전반적으로 ‘GMO’에 대한, 그리고 특히 황금쌀에 대한 그들의 캠페인을 포기할 것"을 요청했다.[48]

2018년 5월, 미국 식품의약국(FDA)은 황금쌀의 인체 섭취를 승인하며 다음과 같이 밝혔다. "IRRI가 FDA에 제출한 정보를 바탕으로, 현재로서는 GR2E 쌀에서 유래한 인체 또는 동물성 식품에 대해 더 이상 질문할 것이 없다."[50] 이는 오스트레일리아(호주), 캐나다, 뉴질랜드에 이어 2018년에 황금쌀 사용을 승인한 네 번째 국가 보건기구였다.[51]

2021년 12월, 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)에 실린 칼럼에서는 규제 당국에 "황금쌀이 생명을 구할 수 있도록 허용할 것"을 촉구하며, 저자들은 "두려움과 허위 혐의"로 인해 지연되어 매년 비타민 A 결핍으로 약 26만 명이 사망하는 것으로 추산된다고 주장했다.[52]

6. 2. 시위

2013년 8월 8일, 필리핀 카마리네스 수르 주에서 국제 벼 연구소(IRRI)와 DA-PhilRice가 개발 중인 황금쌀 시험 재배지가 시위대에 의해 뿌리째 뽑혔다.[26][44][53] 영국 작가 마크 라이너스는 ''슬레이트''지에 이 파괴 행위가 필리핀 농민 운동(Kilusang Magbubukid ng Pilipinas, KMP)이 이끄는 활동가 그룹에 의해 자행되었다고 보도했다.[44][54] 마크 라이너스에 따르면, 현지 농민들은 이 행위에 참여하지 않았으며, 소수의 활동가들이 황금쌀 논을 파괴했다.[119]

7. 연구



황금쌀 개발 연구는 1982년 록펠러 재단의 계획으로 시작되었다.[6]

1990년대, 피터 브램리는 단일 피토엔 불포화효소 유전자(세균 ''CrtI'')를 사용하여 고등식물에서 일반적으로 사용되는 여러 카로티노이드 불포화효소를 도입할 필요 없이 피토엔으로부터 라이코펜을 생산할 수 있음을 발견했다.[7] 그런 다음 라이코펜은 황금쌀의 내재성 시클라제에 의해 베타카로틴으로 고리화된다.[8] 황금쌀의 과학적 세부 사항은 스위스 연방 공과대학교의 잉고 포트리쿠스와 프라이부르크 대학교의 피터 베이어가 8년간 진행한 프로젝트의 결과로 2000년에 처음으로 발표되었다.[2]

황금쌀 품종의 첫 번째 현장 시험은 2004년 루이지애나 주립 대학교 농업센터에서 실시되었다.[9] 추가 시험은 필리핀, 대만방글라데시(2015년)에서 실시되었다.[10] 현장 시험은 영양가를 정확하게 측정하고 사료 시험을 수행할 수 있게 해주었다. 현장 시험의 예비 결과에 따르면 현장에서 재배된 황금쌀은 온실에서 재배된 황금쌀보다 베타카로틴을 4~5배 더 많이 생산하는 것으로 나타났다.[11]

2009년, 성인 자원자를 대상으로 한 황금쌀의 임상시험 결과는 "황금쌀에서 유래한 베타카로틴이 인체 내에서 비타민 A로 효과적으로 전환된다"는 결론을 내렸다.[28] 미국 영양학회는 황금쌀을 매일 한 컵 정도 섭취하면 비타민 A의 영양소요량의 50%를 섭취할 수 있을 것이며, 대부분의 어린아이와 그 어머니에게 이 양은 섭취 습관의 범위 내에 있다고 보았다.[29]

2012년 연구는 황금쌀이 생산하는 베타카로틴이 어린이에게 비타민 A를 제공하는 데 있어 기름 속 베타카로틴만큼 효과적임을 보여주었다.[31] 이 연구는 "모집 과정과 프로토콜이 승인되었다"고 명시했다.[31] 그러나 2015년, 해당 저널은 연구자들이 중국 어린이들에게 부모의 동의 없이 황금쌀을 제공하는 비윤리적인 행위를 했다는 이유로 연구 결과를 철회했다.[32][33]

8. 보급

황금쌀은 자급자족하는 생계형 농민들에게 무료로 배포될 예정이었다.[55] 2000년 7월 타임지에 황금쌀에 대한 긍정적인 보도가 나오면서 개발도상국에 대한 무료 라이선스가 신속하게 허가되었다.[56] 몬산토는 회사가 소유한 관련 특허에 대한 무료 라이선스를 허가한 회사 중 하나였다.[57] 인도주의적 사용과 상업적 사용의 기준은 10000USD로 설정되었다. 따라서 농민이나 황금쌀 유전자의 후속 사용자가 연간 10000USD 이상을 벌지 않는 한, 로열티를 지불할 필요가 없었다. 또한 농민들은 종자를 보관하고 재배할 수 있었다.[58]

참조

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