거미 실 실크의 개발 성과와 해조류의 농업적 효능 및 활용 가치 doc_id CNTS-00120004624_4

오래전부터 거미줄은 강하고 늘어나는 성질을 겸비한 섬유로서 알려져 있지만 거미는 육식으로 동족도 포식하므로 대량 사육에 의해 실을 만들 수 없어, 인공적으로 거미 실을 생산하려는 시도가 전 세계적으로 이루어지고 있다. 지금까지 미생물에서 거미 실 단백질을 대량으로 만드는데 성공했지만, 이것을 섬유화 하지는 못했다. 또한, 천연 거미 실 단백질과 동일하게 만드는 것이 어렵기 때문에 천연 거미 실 단백질의 특성을 재현하는 것도 어려웠다. 한편, 거미 실 단백질은 누에의 실크와 구조가 비슷하므로 누에가 이것을 만드는 것이 가능하면 실을 만들 때 그대로 섬유화 된다. 따라서 누에로 거미 실 단백질을 만들려는 시도가 되었지만, 지금까지 얻어진 섬유는 매우 약하여 방적기 등으로 기계 가공하는 것은 어려웠다. 독립행정법인 농업생물자원연구소는 기계 가공에도 견딜 수 있는 실용적인 거미 실 단백질을 누에로부터 만들어 이용하는 것을 목적으로, 실제로 실크 생산에 이용되는 누에 품종에 거미의 유전자를 도입하고 끊어지기 어려운 거미실의 성질과 누에 본래의 광택과 부드러움을 겸비한 새로운 실크(거미 실 실크)를 생산하는 데 성공했다. 가늘고 강하여 끊어지기 어려운 거미의 실을 포함한 거미 실 실크는 누에 실크보다 1.5배 끊어지기 어렵다. 의류 분야에서는 “거미 실 실크”의 제품 개발을 기대할 수 있다. 또한 극세사 실크를 생산하는 실용 누에 품종과 형광 실크를 생산하는 실용 품종의 조합에 의해 강하고 가는 실크와 강하고 빛이 나는 실크를 생산하고, 얇고 강한 직물이나 빛이 나는 직물의 개발 등 지금까지 없었던 새로운 섬유 소재로서의 이용을 기대할 수 있다. 이번에 생산한 “거미 실 실크”가 포함한 거미 실 단백질은 1% 정도에도 불구하고, 미국 무당거미의 실에 필적할 정도의 강건성을 가지고 있다. 향후, 거미 실 단백질의 양을 증가시켜 더 강한 “거미 실 실크”의 개발도 기대된다. 향후 양잠 농가에서 유전자 조합 누에의 사육이 가능해지면 높은 부가가치를 가진 “거미 실 실크”의 생산을 통해 양잠업과 이와 관련된 지역 산업이 활발해질 것으로 기대된다. ‘해초(Seaweed)’란 용어는 부정확하게 사용되거나 오해를 부르기도 하는데, 사실상 명백히 잘못 붙여진 이름이다. 실상 이들 육안으로 보이는 다세포 생물인 조류는 바다 밑에서 생겨났다. 따라서 서식지 관점에서 보자면 ‘바다(sea)’라는 단어는 제대로 붙여졌지만, ‘잡초(weed)’라는 단어는 완전히 엉뚱한 이름이다. 잡초의 의미가 제멋대로 번식하며 농지 같은 서식지 전체에 경제적 피해를 줄 수 있는 식물이라는 것은 익히 잘 알려진 사실로 빛, 물, 공간과 식물 영양분 쟁탈전에서 우위를 점해 농작물에 피해를 유발한다. 심지어는 제자리에서 정상적으로 자랄 때도 잡초로 불리기도 한다. 밀밭에서 자라는 벼는 밀 작물에게는 물론 잡초다. 따라서 그 성격과 서식지의 관점에서 해초는 ‘잡초(weed)’라는 호칭과 전혀 어울리지 않는 다. 바다에서 정주하거나 떠다니는 ‘잡초’가 수많은 해양생물에게 먹이와 서식지 역할을 하며, 육상에서 활동하는 생물 특히 인간에게도 많은 혜택을 제공한다. 따라서 ‘해초(seaweed)’라는 용어는 '해조(marine algae)' 또는 다시마(sea tangle) 같은 다른 이름으로 대체해도 아무런 문제가 없다. 해조류에는 탄수화물이 대단히 풍부하다. 식물의 몸체를 이루는 필수 구성요소이자 수많은 유익한 미생물의 우수한 먹이 공급원이다. 재래식 비료와는 달리 천연식물 호르몬 즉 옥신(auxins), 최소 2종의 지베렐린(gibberellins), 내생 시토키닌(endogenous cytokinins)과 베타인(betaine), 그리고 B1(티아민), B2(리보플라빈), B12(시아노코발라민), 비타민E(토코페롤), 비타민K 및 기타 생장촉진 물질 비타민C(아스코르브산) 같은 다양한 비타민뿐 아니라 판토텐산(pantothenic acid), 엽산(folic acid), 그리고 폴린산(folinic acid), 알긴산, 항생물질, 다수의 다량 영양소와 거의 모든 미량영양소를 완전히 킬레이트 형태로 풍부하게 공급한다. 그런 점에서 해조 비료는 특히 유기영농에 유용하다. 킬레이트화(Chelating)는 금속 원자와 유기 분자의 결합을 의미하며, 작물이 미량원소를 흡수할 수 있도록 도와준다. 해조류와 해조류 제품의 녹말·당과 탄수화물이 그런 킬레이트화 특성을 갖고 있다. 이 같은 효과의 배경을 이루는 과학적 요인을 간단하게 따져보자. 해조 비료는 각종 식물 호르몬 즉 옥신, 지베렐린, 시토키닌 등과 베타인(betaine, 아미노산의 일종)을 함유한다는 점은 이미 논의됐다. 생장촉진뿐 아니라 지연 기능도 갖고 있다. 해조는 식물 스스로 옥신을 생성하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 액체 해조비료에서 공급되는 미량원소의 도움으로 형성되는 효소가 이들 옥신의 형성에 중요한 역할을 하기 때문이다. 지베렐린은 뿌리의 자극, 생장, 꽃눈 형성, 착과, 과일의 생장과 숙성, 외부에서 시비할 때 탈리(abscission, 잎이나 과실 등이 떨어지는 현상)와 노화에 중추적인 역할을 한다. 액체 해조 추출물에 함유된 시토키닌은 기본적인 식물 생장과정의 촉진 및 강화 작용을 하며, 잎의 영양분을 활용해 더 활발하게 생장하도록 촉진시킨다. 또한 작물 가장자리를 서리로부터 보호하는 역할을 하고 작물의 노화를 지연시킨다. 베타인은 작물이 삼투압을 이겨내도록 돕는다. 이들은 건조한 환경에서도 식물이 물을 많이 흡수하도록 돕는다. 그럼으로써 삼투압 과정에서 중추적인 역할을 한다. 해조류를 토양에 주면 작물 뿌리에 물기가 더 많아지고 토양이 비옥해진다. 퇴비화에 필요한 박테리아나 작은 균류 같은 수많은 유익한 미생물을 공급해준다. 예컨대 알긴산은 토양구조 개선제다. 해조류와 해조류 제품은 알긴산을 함유한다. 토양의 보수력(water holding capacity) 증대 및 단립 구조의 형성을 촉진한다. 해조류에 들어있는 알긴산은 토양 속의 금속 라디칼(metallic radicals, 부대 전자를 갖는 원자 또는 분자)과 결합하여 교차결합 중합체(cross-linked polymer)를 형성하는데, 이때 중합체의 총 분자중량이 크게 늘어난다. 사실상 알긴산과 토양 금속의 결합으로 형성된 염분은 물기를 만나면 부풀어 오르며 습기를 오래도록 유지한다. 알긴산은 해조류에서 발견되는 스펀지 역할을 하는 녹말로, 식물 뿌리 근처에서 물방울을 머금고 있어 식물이 수분을 흡수할 수 있게 한다. 질퍽한 땅에 해조비료를 시비하면 토양구조가 개선되며, 묘목과 영양분이 배수로로 씻겨 나가는 것을 방지할 수 있다. 극도의 건기 중에는 해조비료를 밭에 시비해야만 2차 작물의 재배가 가능한 것으로 밝혀졌다. 그렇지 않은 경작지의 경우 완전히 말라버린다. 해조류 제품의 토양 또는 엽면 시비(foliar application)가 식물건강을 적절하게 유지하고 농작물 생산성을 촉진하는 데 효과적인 도구로 밝혀졌다. 게다가 생태계 균형에 혼란을 초래하지도 않는 방식이다. 파종 전 또는 재식 전(pre-planting) 처리된 종자 또는 종자 절편(사탕수수 줄기부분, 감자 덩이줄기 절편 같은 식물 부위를 증식시킨다)은 효과적으로 발아한다. 그리고 초기단계에서 뿌리가 빠르고 튼튼하게 뻗어 내리는 것은 물론 왕성하게 싹을 틔우는 결과를 낳는다는 사실이 알려졌다. 동시에 묘목의 높은 생존율도 달성할 수 있다. 액체 해조용액에 담근 삽목(cuttings)은 무성하게 뿌리를 내린다. 해조 추출물에 작물 뿌리를 적시는 것으로 이식충격을 완화시키고 뿌리의 생장을 활성화시킬 수 있다. 또한 이 방법은 시도 때도 없이 싹을 맺거나 틔우지 않도록 막는 한편, 작물의 발아단계에 시비할 경우 싹의 발아를 추가적으로 촉진시킨다. 서리와 스트레스 내성, 토양으로부터 무기성분의 흡수 강화, 과일 저장손실의 감소, 과일 또는 채소 보존기간의 연장, 그리고 꽃꽂이용 꽃의 수명 연장도 유익한 효과 중 하나로 꼽을 수 있다.