- 농촌진흥청, 유전자교정 유채 인공지능 분광판별 기술 개발

- 염기서열 분석 없이 98% 이상 정확하게 일반 유채와 구별 가능

농촌진흥청은 인공지능과 분광법을 융합해 유전자교정 유채를 판별할 수 있는 기술을 개발했다.

유전자교정 작물(GEO)은 자체 특성 유전자를 조절하는 방식으로 개발돼 미국, 일본 등 일부 나라에선 일반 작물과 같게 본다. 최근 해외 다국적기업들이 그린바이오 작물로 유전자교정 작물 개발에 힘을 쏟고 있으며, 일부 나라에선 상용화되고 있다.

그러나 유전자교정 작물은 상용화됐을 때 형질전환벡터*가 남지 않아 염기서열을 분석하지 않고는 일반 작물과 구별할 수 없다. 기후변화, 식량안보 등으로 유전자교정 작물 연구가 활발해짐에 따라 유전자교정 작물과 일반 작물을 구별할 기술이 필요한 상황이다.

* 형질전환벡터: 특정 유전자를 생물체에 도입하기 위해 사용되는 유전자 분자 도구. 유전자교정 작물은 형질전환벡터를 이용하나 박테리아에서 유래한 크리스퍼 카스9 (Cas9) 염기서열로 인해 목표 형질만 변화되고 형질전환벡터가 남아있지 않게 됨. 

유전자교정 작물은 형질전환벡터가 남아있는지에 따라 성분 차이가 나며, 이는 초분광 카메라*로 찍었을 때 시각적으로 차이를 보인다. 연구진은 이에 착안해 초분광 카메라 가시근적외광 영역(400~1,100nm)에서 유전자교정 유채의 초분광 이미지를 얻고 이를 분석했다.

* 초분광 카메라: 사람의 눈이나 일반 카메라로는 식별할 수 없는 세밀한 정보를 얻을 수 있는 고정밀 영상 장비. 빛을 스펙트럼으로 나눠 물질에 대한 빛의 방출이나 흡수 정도를 측정해 빛과 물질 간의 상호작용을 연구. 특정 파장으로 물질의 정성, 정량 분석이 가능 

유전자교정 유채의 목표 유전자에 염기서열 추가나 제거가 일어난 것을 판별하기 위해 휴대용 분광기로 잎의 분광 정보를 수집하고 구축된 분광 정보에 기계학습(머신러닝) 알고리즘을 적용했다. 그 결과, 98%의 정확도로 일반 유채와 유전자교정 유채를 구별할 수 있었다.

이 기술은 전문가뿐만 아니라 비전문가도 활용할 수 있을 정도로 절차가 간략하다. 게다가 일반 작물과 유전자교정 작물 구별에 들던 염기서열 분석 비용과 노동력도 줄일 수 있다. 

또한, 유전자교정 작물 감시(모니터링)뿐만 아니라 유전자교정 작물 개발단계에서도 신속·정확하게 유전자교정 작물을 판별할 수 있다. 이에 따라 작물의 세대별 유전자교정과 형질전환벡터 잔존 여부 등 유전적 안전성을 검증하는 데 활용할 수 있어 유전자교정 작물 개발 기업이나 기관에 도움이 될 수 있다.

농촌진흥청은 이번 연구 결과를 특허출원*했다. 

* 분광 스펙트럼에 기반한 유전자 교정 유채의 판별 방법 및 장치(10-2023-0186016)

농촌진흥청 생물안전성과 류태훈 과장은 "이 기술을 이용하면 초보자도 유전자교정 작물 개발 과정이나 환경 평가를 할 때 쉽게 유전자교정 작물을 구별할 수 있다."라고 말했다.