생명공학자들은 '전기 농업'을 통해 식물이 어둠 속에서도 94% 적은 토지로 식량을 생산할 수 있다고 말합니다.

지구상의 거의 모든 생명체를 가능하게 하는 화학 반응인 광합성은 에너지를 포획하는 데 매우 비효율적입니다. 식물이 흡수한 빛 에너지의 약 1%만이 식물 내에서 화학 에너지로 전환됩니다. 10월 23일 Cell Press 저널 Joule 에 게재된 전망 논문에서 , 생명공학자들은 "전기 농업"이라고 부르는 급진적인 새로운 식량 생산 방법을 제안했습니다. 이 방법은 본질적으로 광합성을 태양열 화학 반응으로 대체하여 CO 2를 식물이 "먹도록" 유전자 조작된 유기 분자로 보다 효율적으로 전환합니다. 연구자들은 미국에서 모든 식량이 전기 농업을 사용하여 생산된다면 농업에 필요한 토지의 양이 94% 감소할 것으로 추정합니다. 이 방법은 우주에서 식량을 재배하는 데에도 사용될 수 있습니다.

"더 이상 햇빛으로 식물을 재배할 필요가 없다면, 우리는 농업을 환경에서 분리하고 실내의 통제된 환경에서 식량을 재배할 수 있습니다." 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 책임 저자이자 생물공학자인 로버트 진커슨이 말했습니다. "저는 농업을 기술의 다음 단계로 옮겨야 하며, 자연과 분리된 통제된 방식으로 생산하는 것이 다음 단계여야 한다고 생각합니다."

전기 농업은 농경지를 여러 층 건물로 대체하는 것을 의미합니다. 건물 위나 근처의 태양광 패널은 태양 복사선을 흡수하고, 이 에너지는 CO 2 와 물 사이의 화학 반응을 일으켜 식초의 주성분인 아세트산과 유사한 분자인 아세트산을 생성합니다. 그런 다음 아세트산은 수경 재배 식물에 먹이로 사용됩니다. 이 방법은 아세트산이 버섯, 효모 및 조류에 의해 자연적으로 사용되므로 다른 식량 생산 유기체를 재배하는 데에도 사용될 수 있습니다.

"이 새로운 공정의 요점은 광합성의 효율성을 높이는 것입니다." 세인트루이스 워싱턴 대학교의 전기화학자인 수석 저자 펭 지아오는 말한다. "지금은 약 4%의 효율성을 보이고 있는데, 이는 이미 광합성보다 4배 더 높고, 이 방법으로 모든 것이 더 효율적이기 때문에 식품 생산과 관련된 CO 2 발자국이 훨씬 작아집니다."

아세트산을 먹는 식물을 유전자 조작하기 위해 연구자들은 발아하는 식물이 씨앗에 저장된 음식을 분해하는 데 사용하는 대사 경로를 활용하고 있습니다. 이 경로는 식물이 광합성을 할 수 있게 되면 꺼지지만, 다시 켜면 아세트산을 에너지와 탄소의 원천으로 사용할 수 있습니다.

"우리는 성인 식물에서 이 경로를 다시 켜고 아세트산을 활용하는 본래의 능력을 되살리려 하고 있습니다."라고 Jinkerson은 말합니다. "이것은 인간의 락토오스 불내증과 유사합니다. 아기일 때는 우유의 락토오스를 소화할 수 있지만, 많은 사람의 경우 성장하면서 이 경로가 꺼집니다. 식물에만 적용되는 동일한 아이디어입니다."

이 팀은 토마토와 상추에 초기 연구를 집중하고 있지만, 앞으로는 카사바, 고구마, 곡물 작물과 같은 고칼로리 주요 작물로 옮길 계획입니다. 현재 그들은 광합성 외에도 아세트산을 사용할 수 있는 식물을 개발했지만, 궁극적으로는 아세트산에서 필요한 모든 에너지를 얻을 수 있는 식물을 개발하는 것을 목표로 합니다. 즉, 식물 자체에 빛이 필요하지 않다는 뜻입니다.

"식물의 경우, 우리는 아직 식물이 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있습니다. 식물은 이런 방식으로 자라도록 진화하지 않았지만, 우리는 진전을 이루고 있습니다."라고 Jinkerson은 말합니다. "그러나 버섯과 효모, 조류는 오늘날 이런 방식으로 재배할 수 있으므로, 저는 이러한 응용 분야가 먼저 상용화될 수 있고, 식물은 나중에 나올 것이라고 생각합니다."

연구진은 또한 탄소 고정 시스템의 효율성을 더욱 높이기 위해 아세트산 생산 방법을 계속 개선해 나갈 계획입니다.

"이것은 이 연구의 첫 단계에 불과하며 가까운 미래에 효율성과 비용이 크게 향상될 수 있을 것으로 기대합니다."라고 Jiao는 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241023131024.htm