바이오인

배양육 연구동향: Meat the Future

◈ 목차

1. 서론

2. 본론

 2.1. 세포 확보

  2.1.1. 세포 확보: 일차 배양 세포인가, 불멸화 세포주인가?

  2.1.2. 살아있는 동물에서?

  2.1.3. 도축된 동물에서?

  2.1.4. 세포주는 유전자가 조작된 세포를 의미하나?

  2.1.5. 배양육 원료 세포에는 유전적 변이가 존재하나? 위험한 변이인가?

 2.2. 마스터 셀뱅크 확립

  2.2.1. 마스터 셀뱅크: 일차 배양 세포인가, 불멸화 세포주인가?

  2.2.2. 동결 배지의 성분

  2.2.3. 동결 보존제의 원리

 2.3. 대량 증식

  2.3.1 배지에 비식용 소재를 사용해도 되나?

  2.3.2. 소태아혈청을 재조합 단백질로 대체할 수 있을까?

  2.3.3. 소태아혈청을 대체하는 다른 방법은 없나?

 2.4. 근육 분화

  2.4.1 부유 배양 방법으로는 근육 분화가 불가능한가?

  2.4.2. 근육 분화 공정에서 빛을 발할 지지체 기술

  2.4.3. 어떤 지지체(scaffold)가 좋은 지지체인가?

 2.5. 후가공 및 패키징

  2.5.1 배양육이 가져올 유통 혁명

3. 결론

4. 참고문헌

◈본문

1. 서론

 배양육을 연구하는 이유에 대해 물어오면 우스갯소리로 답하곤 한다. 중국인이 미국인처럼 고기를 먹는 날이 조만간 온다, 그러면 고기 가격은 반드시 비싸진다, 그래서 대체 육류 사업을 시작했다고. 지역별 편차는 있지만, 지구 전체의 평균을 보면 dls구는 증가하고 육류 소비도 증가하고있다. 또한 안타깝게도 지구의 기후는 점점 기존 방식의 농축산업에 불리한 방향으로 변하고 있다. 밀집 사육을 하고, 항생제를 도입하는 공장식 축산으로 생산량을 향상시키기에도 한계가 왔다.

 배양육이 기존 육류의 유일한 대안은 아니다. 가장 좋은 방법은 채식을 하는 것이다. 가장 환경 친화적이지만 육식의 즐거움을 포기해야 한다. 채식이 어려운 경우 선택지는 식물성 대체육과 배양육이다. 둘 다 육류의 대체품이지만 식물성 대체육은 채식에, 배양육은 기존 육류에 조금 더 가깝다. 거시적으로 봤을 때 식물성 대체육은 배양육보다 적은 에너지를 소모하여 생산이 가능하도록 발전할 것이며(친환경성), 배양육은 식물성 대체육보다 기존 육류에 유사해질 것이다(영양과 맛의 유사성).

 배양육을 생산하는 방식은 크게 둘로 나눌 수 있다. 세포를 부착시켜 만들거나, 부유시켜 만들거나. 2013년 마크 포스트 교수팀이 최초로 배양육 시제품을 언론에 공개할 때 사용한 방법을 기억하는가? 이때 사용한 것이 부착 방식이다. 약 9년의 시간이 흐른 지금 시장에 먼저 등장한 것은 부유 방식으로 제조한 배양육이다. 부유 방식이 대량 생산에 유리하기 때문이다. 물론 부유 배양으로 제조한 배양육이 유일한 답안은 아니다. 시장이 성숙하면 육류 유사성이 높은 부착 배양을 이용한 배양육도 자리를 잡아갈 것으로 판단된다. 지지체는 부착 배양으로 제조한 배양육이 시장에 등장할 때 즈음에 매우 중요한 기술로 대두될 것이다.

 또한 잇저스트(Eat Just)의 배양육 식품 허가를 필두로 배양육의 대량 생산을 논하는 업체들이 하나 둘 등장하는 시점에서 식품 안전을 위한 규제는 매우 중요하다. 이 글의 중간중간에 식품 안전과 산업 육성이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 고민을 담아두었다.

그림 1. 배양육 생산 공정에서 부유 배양과 부착 배양의 장단점 비교.

부유 배양은 대량 생산에 유리하고, 부착 배양은 기존 육류와의 유사성이 높다.

2. 본론

 기술 요소에 초점을 맞추어 보면 배양육 제조에는 크게 세포, 배지, 지지체, 배양기 관련 기술이 필요하다. 구체적으로 배양육 제조 공정에 초점을 맞춘다면 세포 확보, 마스터 셀뱅크 확립, 대량 증식, 근육 분화, 후가공 및 패키징으로 나누어 생각할 수 있다. 본문에서는 배양육 제조 공정별 이슈들을 논하면서 안전성에 관련된 부분도 다루어 보았다.

2.1. 세포 확보

 동물에서 매번 세포를 얻는 경우와 세포주를 사용하는 경우로 나눌 수 있다. 관건은 동물을 아프지 않게 하면서 깨끗한 세포를 다량 확보하는 것이다.

 2.1.1. 세포 확보: 일차 배양 세포인가, 불멸화 세포주인가?

 동물로부터 얻은 후 일정한 횟수 이상 증식하지 못하는 세포를 일차 배양 세포(primary cultured cell)로 부른다. 일차 배양 세포는 유전적 변이가 적게 일어나지만 미생물 오염 문제가 발생할 가능성이 크다. 일차 배양의 한계 분열 횟수가 명확하게 정해진 것은 아니지만 배양육에 사용되는 세포의 경우 약 20회 정도 성격이 균일하게 유지되는 세포군을 유지할 수 있다고 보면 된다.

 유전적 변이 등의 이벤트로 인해 수십 회 이상 증식할 수 있도록 변화된 세포를 불멸화 세포주(immortalized cell line)라 부른다. 물론 단순히 오래 증식하는 것만이 중요한 것은 아니다. 세포로서 활용도를 가지기 위해서는 ‘균일한’ 성질을 가진 세포 집단(세포주)이 배양 가능하여야 한다 [1]. 정확한 명칭은 불멸화 세포주 또는 연속성 세포주(continuous cell line)이지만, 통상적으로 세포주(cell line)로 줄여 부른다. 세포주를 사용하면 배양육 제품의 생산 비용이 감소하고 품질을 균일하게 유지하기에 유리하다. 하지만 일차 배양 세포에 비해 장기간 체외에서 배양된 만큼 유전적 변이가 더 많이 축적되어 있을 가능성이 있다. 유전적 변이는 안전과 연관되는 부분이기에 유심히 봐야 한다.

 용어의 정의를 보면 알겠지만 일차 배양 세포도 균일한 성질이 유지된다면 세포주로 부를 수 있다. 미국 배양육 회사 블루날루(BlueNalu)의 경우 일차 배양한 어류 세포를 특수하게 제작된 배지로 키워서 균일한 세포 품질을 달성하였다고 주장하며, 이를 세포주(cell line)로 지칭한다 [2]. 매번 다른 어류 개체에서 균일한 품질의 세포주를 얻어내야 하기 때문에 기술적으로 쉬운 일은 아니다.

2.1.2. 살아있는 동물에서?

 일차 배양 세포의 경우 어떤 조직에서 어떻게 얻을지 고민해야 한다. 살아있는 가축, 특히 소에서 세포를 얻는 방법에 대해서는 네덜란드의 마크 포스트 교수팀이 연구를 많이 했다. 살아있는 소에서 주삿바늘을 이용하여 세포를 얻는 방식인데, 6개월 내외의 송아지 기준으로 주삿바늘 한 번에 대략 500mg의 조직을 얻고, 3-4회 반복하여 약 2g 내외의 조직을 한 번 시술 시 얻는다. 3개월 단위로 반복할 수 있다 [3]. 추후 조직 생검(tissue biopsy)을 통해 세포를 확보하는 배양육 회사가 등장한다면 이와 유사한 프로토콜을 사용할 것으로 예상된다.

 아직은 어느 국가에서도 배양육 세포 확보 생검 과정을 어떻게 관리할지 확정하지 않았다. 한국의 경우 동물보호법에 저촉되어 국내에서 상업적 목적으로 행할 수 없다. 참고로 싱가포르에서 허가된 잇저스트의 배양육 제품은 닭의 수정란에서 유래한 세포주를 사용하므로 생검에 대한 논의는 식품 허가 당시 이뤄지지 않았다.

...................(계속)

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