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줄기세포의 근육분화를 통한 배양육 연구

[NRF R&D Brief 2024-25호]

◈본문

1.배양육이란?

ㅇ 배양육(cultivated meat)은 동물의 줄기세포를 체외에서 배양하고, 인공적으로 식육과 유사한 형태로 만들어낸 제품을 통칭함. 배양육의 생산에는 세포, 배양액, 지지체, 배양기 등이 요구되며, 주로 사용되는 세포로는 근육위성세포가 사용되고 있으며 배아줄기세포, 불멸화 세포주, 유도만능줄기세포, 지방세포 등을 사용하고자 하는 연구가 진행 중임.

-배양육(Cultivated meat)은 1931년 원스턴 처칠(Winston Churchill)의 에세이 “Fifty Years Hence”에서 최초로 언급되었음. 이후 2013년 마 스트리 히트 대학의 마 크 포스트(Mark Post) 교수 연구팀이 세계 최초로 실험실 배양 햄버거 패티 생산에 성공함.

- 근육위성세포(MSC; Muscle (Myogenic) Satellite (Stem) Cell)는 근섬유와 결합조직 (기저막) 사이에서 위치하는 근육 재생에 필수적인 세포로 세포의 분리 와 배양이 비교적 쉬워 현재 배양육 생산에 주로 사용되는 세포임(Bentzinger et al, 2010, Lee et al.,2013, Ahamd et al., 2021., Shaikh et al., 2021).

- 근육위성세포는 증식(Proliferation) 및 분화(Differentiation) 과정을 거쳐 근관(myotube;근육조직에서 근섬유와 유사한 형태) 구조를 형성하게 됨(Lee et al., 2016).

- 그러나 근육위성세포의 개체 간 특성(근육위성세포 수율, 증식 및 분화)은 다소 불균일함. 계대 횟수가 증가함에 따라 증식률과 근육 분화능이 일주일 내 20% 수준으로 감소하는 등 한계점이 존재하기 때문에 배양육의 생산 효율을 높이기 위한 연구의 필요성이 지속적으로 대두되고 있음(Ding et al, 2018).

- 배아줄기세포(Embryonic stem cell)를 이용한 배양육 생산의 장점은 세포주화를 통한 분화능의 유지 및 무한히 증식하는 특성 보존으로, 품질 관리 가 용이하고 생산성이 뛰어남(지○○, 2020, Ahmad et al., 2023).

- 유도만 능줄기세포(Induced pluripotent stem cell)는 배아줄기세포와 유사한 특징을 가지지만, 유도만능줄기세포의 생산 과정에서 유전자 조작이 이루어지기 때문에 GMO(Genetically Modified Organism) 문제에서 벗어날 수 없다는 단점이 존재함(지○○, 2020).

2. 왜 주목받고 있나?

ㅇ 배양육은 세계적인 인구 증가와 그에 따른 동물성 단백질원 수요 증가, 기후 변화 및 환경오염의 가속화와 같은 요인으로 인하여 주목받고 있음. 이와 더불어 배양육 생산 공정 특성상 인수공통전염병 및 식중독과 같은 질병을 예방할 수 있으며, 동물 복지와 미래 식량 안보에 기여할 수 있을 것으로 예상됨.

- 유엔식량농업기구(FAO)에 의하면 2050년까지 세계 인구는 100억 명 에 육박할 것으로 추정되며 (FAO 2017), 인구 증가에 따른 육류 소비량은 2020년 3억 1,200만 톤에서 꾸준히 증가하여 2050년에는 4억 5,500만 톤에 이를 것으로 예측됨(이○○, 2020).

- 세계 경작지의 상당 부분이 가축 사육 및 관리 에 사용되고 있으며 , 대량의 방목과 도살은 동물 복지와 공중 보건에 대한 사회적 우려를 유발하고 있음(Post, 2012).

- 환경문제와 관련하여 총 온실가스 배출량의 14.5%와 전체 물 소비량의 23%가 가축 생산과 연관된 것으로 추정되며 (FAO), 배양육 생산량이 기존의 육류 소비량을 일부 대체할 경우 가축 생산으로부터 발생하는 환경오염 문제를 개선할 수 있을 것으로 예측됨.

- 배양육의 생산 공정 전반이 무균조건에서 이루어질 수 있으며 , HACCP(Hazard Analysis and Critical Control Points), GMP(Good Manufacturing Practice)와 같은 식품 품질관리 시스템의 적용을 적용하기에 적합함. 따라서 인수공통전염병 및 식중독 등 여러 질병에 노출될 위험을 현저히 감소시킬 수 있어, 보다 안전한 식품 생산이 가능함(이○○ & 조○○ 2019).

- 이러한 장점에도 불구하고, 현재 배양육은 높은 생산 단가라는 명 확한 한계점이 존재함. 원인은 배양액에 필수적으로 사용되는 FBS(Fetal Bovine Serum)로, FBS는 다양한 연구 분야에 활용되며 높은 가격대를 유지 중임(Choudhury et al, 2020).

- 배양육 생산 단가의 55~95%는 배양액이 차지하고 있음(Hubalek et al, 2022). 따라서 세포주 및 배양 조건, FBS 대체제의 개발은 배양육의 효율적인 생산과 배양육 연구의 발전을 위하여 필수적임.

- 또한, 배양육 섭취에 관한 명 확한 식품 규정이 존재하지 않아 생산 과정에서 사용된 항생제의 잔류 등 안전에 대한 우려가 대두되고 있으므로, 새로운 식품으로써 배양육의 안전성을 알리고, 소비자들의 수용을 이끌어내기 위한 다양한 연구가 필요함(Bryant, 2020).

...................(계속)

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