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경상을말한다

2020 바이오·의료기술 개발사업 신규과제 선정

 

 

ICT기술 접목한 그린바이오 기술로 농업의 새로운 영역을 개척하다


농업생명과학대학 환경생명화학과 박기훈 교수
의과대학 의학과 강상수 교수

 

 미래 농업을 이야기할 때 빼놓을 수 없는 것이 바이오 기술(Biotechnology)이다.
 그린 바이오라고 불리는 농업 분야의 바이오기술은 고령화로 쇠퇴해가는 농업의 미래를이끌어갈 핵심기술로 관심과 투자가 매우 높은 분야로 손꼽히고 있다.
 생명과학 분야 특성화 대학인 우리 대학교 역시 농업, 의료 등 바이오 기술 분야의 원천기술 개발을 위한연구에 많은 투자를 하고 있으며, 그 결과 세계적 수준의 성과들을 내고 있다.
 올해 6월 우리 대학교는 과학기술정보통신부가 추진하는 ‘2020년 바이오·의료기술 개발사업’에 선정되어생명과학특성화 분야에 더욱 박차를 가하게 되었다. 선정된 사업의 주제는‘식물공장 기반 고부가 기능성 소재 생산 및 산업화 기반기술’로우리 대학교 박기훈 교수(대학원장)와 강상수 교수(연구본부장)가 협업하여 과제를 이끌어 가게 되었다.

 

 기능성 생물소재의 안정적 생산기술확립을 위한 연구
 박기훈 교수를 주축으로 진행되는 사업 과제인 ‘식물공장 기반 고부가 기능성 소재 생산 및산업화 기반기술’은 농업·보건의료 분야의 4차산업혁명 기술인 스마트팜 기술을 기반으로 고부가 기능성 생물소재를 생산하는 과제이다.
 여기서 말하는 ‘고부가 기능성 생물소재 생산’은 농업을 통해 건강·보건 기능성 생물소재를생산하는 ‘대사체 농업’을 말한다. 현재 대사체농업은 4차 산업혁명 시대의 중심기술인 스마트팜과 결합해 무한한 가능성을 가진 기술 분야로 손꼽힌다. 하지만 박기훈 교수는 식물공장이 가진 기술적 한계로 인해 고부가 기능성 생물 소재의 안정적 생산은 아직 현실적으로 어렵다고 말한다.
 “건강 기능성 생물소재를 재배하기 위한 식물공장은 재배환경을 통제하여 노지재배의 어려움을 극복할 수 있는 많은 장점을 갖고 있습니다. 하지만 인공광을 사용해야 하는 결정적인 한계를 가지고 있죠. 식물은 효과적인 광합성을 위해서는 일정 수준 이상의 빛의 세기가 필요한데, 이는 인공광으로 공급하기 어려운 빛의 세기입니다. 생산단가 등 경제성을 고려하면 더욱 어려운 문제입니다.”
 박기훈 교수는 이러한 현실적인 난제를 해결하고 식물공장에서 고부가 기능성 생물소재를 안정적으로 생산할 수 있는 혁신기술을 이번 과제를 통해 해결하고자 하는 것이다.

 

 포스트 코로나 시대, 더욱 커져가는 기능성 생물소재에 대한 관심
 박기훈 교수는 2016년 대사체 농업을 적용해 자신이 개발한 식물성 에스트로겐이 고함유된 기능성 콩잎(파바톤 콩잎)의 생산기술을 이번 식물공장에 적용할 생각이다. 현실적인 난제를 안고 있어 쉽지 않은 연구지만, 박기훈 교수가 기능성 생물소재 연구에 매진하는 이유는 ‘가능성’ 때문이다.
 “생물소재 연구에서 중요한 점은 ‘과연 생산된생물소재를 요구하는 소비자와 시장이 형성되어 있는가’ 입니다. 글로벌마켓 인사이트(GlobalMarket Insight)의 보고에 의하면 2018년 식물성 에스트로겐 시장은 13억 9000만 달러(15조)이고, 연 13% 성장하여 2025년에 30억 달러(35조)에 이른다고 보고 있습니다. 즉,식물성 에스트로겐이 고함유된 파바톤 콩잎 앞에는 거대한 식의약 소재 시장이 펼쳐져 있다는 것이죠. 이번 연구를 통해 기술의 완성도를높이면 아주 크게 성장할 수 있을 것입니다.”
 파바톤 콩잎을 이용해 갱년기 완화와 항비만, 뇌기능 향상, 피부콜라겐 합성 촉진용 등에 효과가 있는 식의약품과 기능성 화장품 개발이 가능하다. 특히 콩뿌리에서 다이드제인을 선택적으로 얻을 수 있는 대사체 농업기술이 성공해 콩뿌리를 이용한 기능성 화장품에 대한 기대도 커지고 있다. 또 하나는 기능성 사포닌 고함유 새싹삼이다. 대사체 농업 기술과 효소 전환기술을 새싹삼 재배 및 가공에 적용해 진세노사이드(삼의 유효성분 사포닌) 함량을 획기적으로 높이고 인삼 사포닌 중 생리활성이 가장 높다는 컴파운드K를 선택적으로 생산하여 대사질환 및 피부미용 식품에 적용할 계획이다.
 현재 스마트팜 또는 식물공장 기술개발은 4차 산업혁명 시대의 핵심기술이다. 이에 더해, 최근들어 코로나19로 건강 기능식품에 대한 사람들의 관심이 커지면서 대사체 농업과 생물소재 연구에 대한 가능성은 더욱 증가하고 있다.

 

 분야 간의 융합과 통섭적 연구를 통해혁신의 시너지 창출
 이번 과제는 ‘생물소재 생산연구’(박기훈 교수), ‘생물활성 검정을 통한 생물소재의 가치창출연구’(강상수 교수), ‘미생물 및 효소를 이용한 생물전환을 통한 생물소재의 가치창출 연구’(경남과학기술대학교 조계만 교수) 등 총 3가지 세부과제로 구성되어 있으며 2022년까지 3년간 28억 원을 지원받게 된다. 우리 대학교 박기훈 교수와 함께 의과대학 강상수 교수, 경남과학기술대 조계만 교수가 참여해 연구의 정확성과 임상 가능성을 높여준다.
 “연구의 책임자인 박기훈 교수님 연구팀이 작물을 선정하고 대사체 농업을 스마트팜에 적용해 유효물질을 최고의 수율로 만드는 조건을 확립하면, 조계만 교수님 연구팀이 기본적으로 유효성분이 우수한 작물에 발효와 같은생물공정을 가해 성분을 극대화시키는 연구를 진행하게 됩니다. 이어서 저는 최종 산물이 어떠한 생리활성을 갖고 있는지를 세포 실험과동물 실험, 임상 시험을 통해 검증하는 연구를하게 됩니다.”
 특히 개발된 기능성 생물소재를 강상수 교수 연구팀에서 수행 중인 ‘비만, 골다공증 등의 갱년기 유래 만성질환 개선, 콜라겐 합성 증진을 통한 피부주름 개선 및 뇌기능 향상 연구’에 적용한다면, 산업화 추진에 중요한 계기를 마련하게 될 것이다.
 강상수 교수는 이번 과제에 대해 연구 결과도 결과지만, 이번 연구가 더욱 주목받는 이유는 농업, 의학, 식품위생이라는 서로 다른 분야의 연구자들이 모여 함께 연구한다는 데 있다고 강조한다.
 “과거의 연구가 공동 분야의 연구자들이 모여 집약적인 연구를 주로 했다면, 앞으로는 서로 다른 분야의 연구자들이 모여 새로운 흐름을 만들어내는 통섭적인 연구가 주로 진행될 것입니다. 이러한 융합 또는 통섭적인 연구는 연구 기간의 단축과 전문성 확보, 상용화 추진 등많은 시너지를 낼 수 있습니다.”
 기존 기술만으로는 혁신적 변화를 이끌어 내는 데 한계가 있다. 그렇기 때문에 이제 융합과통섭연구는 선택이 아닌 필수인 것이다.

 

 연중 생산이 가능한 식물공장 기술로농촌에 새로운 농업형태 보급
 박기훈 교수는 이번 연구를 통해 고령화가 지속되고 있는 농촌에 새로운 농업 생산의 모형을 만들어 제공하는 것이 자신의 꿈이자, 연구의 궁극적인 목표라고 말한다. 강상수 교수 역시 이번 연구가 고령화와 일손 부족에 따른 농촌의 고질적인 문제 해소에 기여할 수 있으리라는 기대를 하고 있다.
 “이 연구과제에 적용하는 스마트팜 모델은 대형이 아니라 ‘스마트 큐브’라고 불리는 보급형으로, 크기 8평 정도의 실내 공간에서도 재배가 가능하고 가성비가 우수한 모듈형 재배시설입니다. 한 대부터 수십 대까지 자신이 원하는 대로 설치할 수 있죠. 관리가 비교적 쉬워 노령 인구도 운영이 가능합니다. 그리고 스마트폰으로도 운영이 되기 때문에 도시에 있는 젊은 층이나 장애인도 충분히 운영이 가능해 농촌 활성화에 큰 역할을 하게 될 것입니다. 이러한 형태가 농촌에 보급된다면 작물의 연중 안정적 생산을 기대할 수 있으며, 기후변화에 무관한 친환경적인 미래형 농업이 가능하리라 봅니다.”
 현재 진주시 대곡면에 있는 우리 대학교의 농장에 파일럿 수준의 식물공장, 소재세척 및 건조, 제품시설을 설치하여 대사체 농업을 식물공장에 적용하는 기술을 수행 중이다. 우선은 식물체의 바이오매스가 일정수준이 될 때까지는 자연광을 이용하여 재배하고, 이후 식물공장에서 대체 농업 기술을 적용하여 활성소재를 생산하는 기술을 확립할 계획이다. 또한 비닐하우스 내에서 재배조건에 규격화한 양액재배 또는 상토재배를 통해 식물체를 생산한 후 식물공장에서 대사체 농업을 적용하는 표준화한 기술도 함께 개발하고자 한다.
 박기훈·강상수 교수는 끝으로 이번 연구의 결과가 농가소득 창출과 산물을 가공하는 제조업의 활성뿐만 아니라 유통 및 마케팅 등 참여 기업들의 발전까지 이어졌으면 하는 바람을 밝혔다.
 



기사등록일 :
2020.09.14
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