임파서블푸즈(Impossible Foods)와 합성생물학

임파서블푸즈(Impossible Foods)는 스탠포드대 Patrick O. Brown 교수가 2011년에 설립하였다. 그는 DNA 마이크로 어레이(DNA microarray) 또는 유전자 칩(gene chip)이라 불린 단일 유리 슬라이드에 미량의 수만 개의 개별 유전자를 증착할 수 있는 로봇 디스펜서를 만들었다. DNA 마이크로 어레이를 사용하여 게놈 조직, 유전자 발현, 세포 조절 및 질병, 미생물 군집의 기본 원리를 조사하기 위한 실험방법, 대형을 시각화하고 해석하기위한 통계 및 계산 도구를 개발했다. DNA 마이크로 어레이를 개발하고, 이를 공개하여 널리 사용되도록 한 업적으로 2002년 미국국립과학아카데미에 선출되었으며, 타케다상, Curt Stern상, 미국암협회의 명예훈장을 받았다. 그는 2001년부터 과학연구를 공개하고 과학 커뮤니티의 연구자들이 자유롭게 이용할 수 있도록 하기 위한 오픈억세스 운동을 시작하였다.

2009년 안식년 기간동안 산업육류 생산으로 인한 환경문제를 해결하기 위한 방안을 연구하였다. 경쟁제품 생산이 가장 좋은 방법이라는 결론을 도출하고 2011년 임파서블 푸즈를 설립하였다. 임파서블푸즈는 혈액, 특히 철분함유분자인 헴(heme)이 햄버거를 먹는 맛과 경험에 중요하다는 것을 인식했다. 헴은 폐에서 산소를 가져와 혈류를 통해 세포로 전달하는 능력이 있다. 산소는 특히 철과 결합하는 것을 좋아하며, 이것이 발생하면 결과 화합물이 빨간색으로 변한다. 헴은 헤모글로빈이 빨간색인 이유이며, 또한 붉은고기와 흰살코기를 분리하는 기준이 된다. 쇠고기에는 닭고기보다 5배 많은 헴이 들어있다. 닭고기에 헴을 넣고 요리하면 사람들은 그것이 쇠고기 맛이라고 생각하기 시작한다. 헴을 너무 많이 넣으면 간 맛이납니다. 임파서블푸드는 처음에 대두 뿌리 결절(soy root nodules)에서 헴을 공급하는 방법을 생각했으나, 이 과정에서 많은 양의 탄소를 발생시키므로 효모 균주로 만드는 방법으로 전환하였다[1]. 효모 Pichia pastoris는 콩 레그헤모글로빈(soy leghemoglobin)을 생산하도록 설계되었으며, 이는 식물성 버거에 첨가할 때 고기 맛과 향을 향상시킨다. 식물성 버거는 이미 식품 시스템의 일부이며 전 세계에서 상대적으로 저렴하게 조달할 수 있는 식물로 만들었다.

2016년 소량의 임파서블 버거를 판매하기 시작하였고, 2017년 대규모 공장을 건설하여 매달 100만 파운드의 식물성버거 고기생산을 발표하였고, 2018년 5,000여개의 식당의 메뉴에 임파서블 버거가 포함되었다. 2019년에는 식품점에서도 임파서블버거를 판매하기 시작하였고 피자용 소시지 제품을 출시하면서 성장을 지속하고 있다.

합성생물학의 다른 사례로는 DSM의 비타민 E, 페펙트 데이(Perfect Day)의 유제품, 아미리스(Amyris)의 감미료를 들 수 있다[2]. 최근 몇 년 동안 고처리량 시퀀싱 비용이 감소하고, 대사공학 및 단백질공학과 관련된 설계-구축-테스트주기가 크게 가속화됨에 따라 의약품, 향신료 및 향수 드에 사용되는 식물 천연물(Plant natural products, PNPs)을 합성 효모로 생산하려는 연구가 활발히 진행되고 있다[3].

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[1] Jacobsen, Rowan, "The biography of a plant-based burger," Pacific Stanford(Sep. 6, 2016).

[2] Voigt, Christopher A. "Synthetic biology 2020–2030: six commercially-available products that are changing our world." Nature Communications 11.1 (2020): 1-6.

[3] Cravens, Aaron, James Payne, and Christina D. Smolke. "Synthetic biology strategies for microbial biosynthesis of plant natural products." Nature communications 10.1 (2019): 1-12.