[사이언스카페] 죽음 각오하고 먹던 독초, 기후변화 대응 작물로 변신

척박한 땅에서 자라지만 하반신 마비시키는 풀완두
독성 물질 유전자 규명, 기후변화에 강한 신품종 개발 기대

스페인 화가 프란시스코 고야의 1863년 작 동판화 ‘풀완두 덕분에(Thanks to the grass pea flour)./위키미디어

검은 옷을 입은 여인이 사람들에게 음식을 나눠주고 있다. 앞쪽의 여인은 얼마나 굶었는지 일어서지도 못하고 팔만 겨우 뻗고 있다. 스페인 화가 프란시스코 고야(Francisco Goya)가 1863년에 발표한 이 동판화는 나폴레옹 군대의 공격을 받아 식량이 바닥난 마드리드의 거리 풍경을 그렸다.

아무리 전쟁 중이라지만 가난한 사람들이 음식을 나누는 훈훈한 장면이 왜 이렇게 음산한 분위기로 그려졌을까. 바로 굶주림이 워낙 심해 독이 있는 풀완두(grass pea)를 먹었기 때문이다. 앞쪽 여인은 굶주림에 힘이 빠진 게 아니라 이미 독에 중독돼 몸이 마비된 상태였다. 음식을 나눠주는 여인이 검은 옷을 입은 것도 죽음을 암시하고 있다.

죽을 만큼 굶주릴 때나 먹던 독초(毒草)가 갈수록 심해지는 기후변화를 이겨낼 작물로 주목받고 있다. 영국의 생명공학연구소인 존 인스 센터(John Innes Centre) 연구진은 최근 풀완두에서 독성 물질이 생합성되는 경로를 밝혀냈다고 밝혔다. 풀완두는 척박한 땅에서도 잘 자라 독성만 없다면 비가 부족하거나 염분이 강한 땅에서도 단백질을 제공하는 훌륭한 작물이 될 수 있다. 연구진은 독성을 없앤 신품종을 개발해 중동과 아프리카에서 시험 재배하고 있다.

독초에서 기후변화 대응 작물로 부상한 풀완두(학명 Lathyrus sativus) 꽃. 완두꽃과 비슷하게 생긴 꽃에서 달콤한 향기가 나지만, 독초여서 먹으면 하반신이 마비된다./위키미디어

◇독초에서 기후변화 대응 작물로 변신

풀완두(학명 Lathyrus sativus)는 콩과(科)의 한해살이 식물이다. 신경독성 아미노산인 옥살리디아미노프로피온산(ODAP)이 마비 증상을 유발한다. 풀완두의 독성은 이미 그리스 시대의 히포크라테스가 묘사한 바 있다. 그런데도 방글라데시와 인도, 파키스탄, 네팔, 에티오피아, 알제리 등에서는 지금도 흉년이 들어 기근이 심할 때 주식으로 대용할 수 있는 구황작물(救荒作物)로 재배되고 있어 중독 사고가 끊이지 않는다. 평소라면 괜찮을 정도의 독성도 극심한 영양실조 상태에서는 치명적인 결과를 초래할 수 있다.

존 인스 센터의 피터 에머리히(Peter Emmrich) 박사와 앤 에드워즈(Anne Edwards) 박사 연구진은 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 풀완두 독 생성의 비밀을 밝혔다고 발표했다. 에드워즈 박사는 “조만간 안전한 버전의 풀완두콩를 만들어 영양이 부족하고 과열된 지구에 도움이 되는 작물을 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구진은 풀완두의 유전정보를 해독해 신경독소인 ODAP를 만드는 데 핵심적인 역할을 하는 효소 두 가지를 찾아냈다. 그중 하나는 광합성을 조절하는 옥살산염을 제거하는 효소로, 곰팡이가 식물을 공격할 때 사용한다. 풀완두는 이 효소를 옥살산염을 제거하는 대신 ODAP를 만드는 데 쓴다.

에드워즈 박사는 풀완두 프로젝트의 다음 단계는 독소 합성의 초기 단계를 밝혀내는 동시에 식물에서 독소가 어떤 역할을 하는지 알아내는 것이라고 밝혔다. 이후 독소가 적은 품종을 얻기 위해 관련 유전자를 교정한 풀완두를 지역 토착 품종과 교배한다.

모로코에 있는 국제건조지역농업연구센터(ICARDA) 연구진이 풀완두 교배 실험을 하고 있다. 현재 모로코와 레바논, 에티오피아에서 독성 유전자를 교정한 풀완두를 현지 풀완두와 교배하고 야외에서 시험 재배하고 있다./Crop Trust

◇독성 물질은 적고 필수 아미노산은 많게

연구진은 독성이 사라지면서 동시에 척박한 땅에서도 잘 자라는 능력까지 사라질 수도 있다는 가능성을 염두에 두고 있다. 풀완두가 식물의 방어물질이나 광합성에서 나온 잉여 물질을 독소 형태로 저장할 가능성이 있기 때문이다. 이 경우 독소를 없애면 풀완두에 바람직하지 않은 결과를 초래할 수도 있다. 연구진은 향후 독소 유전자를 교정할 때 이런 문제를 고려해야 한다고 밝혔다.

독성 물질인 ODAP를 만드는 경로는 메티오닌 같은 식물의 필수 아미노산을 만드는 데에도 중요하다. 독소를 없애려다 필수 아미노산까지 차단할 수 있다는 말이다. 연구진은 가장 이상적인 형태는 독성 물질은 적고 메티오닌은 많이 나오는 것이라고 밝혔다. 다행히 지금까지는 독소를 제거하거나 독소 수치가 낮다고 해서 풀완두에 불이익이 생기는 것 같지는 않다고 연구진은 밝혔다.

독성이 사라진 풀완두는 기후변화를 이겨낼 대안의 작물이 될 수 있다. 풀완두는 콩과 식물이어서 뿌리에 있는 공생(共生) 박테리아가 공기 중의 질소를 암모니아로 전환한다. 따로 질소 비료를 주지 않아도 된다. 뿌리도 땅속 깊이 들어가 남아시아나 중동, 아프리카의 건조한 지역에서도 토양을 비옥하게 만들 수 있다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 “현재 중동과 아프리카의 농장에서 더위와 가뭄의 영향을 알아보는 야외 재배 시험이 진행 중”이라고 밝혔다. 존 인스 센터는 독성 유전자를 교정한 풀완두를 온실에서 재배하는 동시에 레바논과 모로코에 있는 국제건조지역농업연구센터( ICARDA)와 에티오피아의 농업연구소에서 야외 재배 시험도 진행하고 있다. 이곳에서 독성 물질을 낮춘 풀완두를 현지 토착종과 교배해 만든 신품종도 시험 재배하고 있다. 고야가 다시 태어나면 이제는 밝은 색 물감으로 풀완두를 재배하고 나눠 먹는 사람들을 그리지 않을까.

참고자료

Nature Communications, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-36503-2

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