기술 소개
① 생태계의 상태분석
대상 농림지 등에서 조사를 실시한 후, 채취한 샘플을 DNA 분석하여 생물종의 다양성에 관한 방대한 정보를 수집합니다. 이후 생태학, 통계학, 미생물학 등을 융합한 분석을 통해 생태계의 상태를 진단하고 적절한 관리를 위한 관리 방법을 제안합니다.
② 생태계 내 '핵심' 분석
위의 생태계 데이터에 네트워크 과학과 기계학습(인공지능)을 기반으로 개발한 분석 기술을 적용하여 생태계 내에서 핵심적인 역할을 하는 '핵심 생물종'을 파악합니다. 그동안 사각지대로 여겨졌던 생물들 간의 복잡한 관계를 해독함으로써, 자원 이용 효율이 높은 순환형 생산 시스템을 구현할 수 있는 방법을 찾아냅니다.
③유용생물의 탐색과 자원화
생물다양성과 생태계에 대한 방대한 데이터를 바탕으로 생물자원을 효율적으로 탐색합니다. 어떤 생태계에 새로운 생물자원이 될 수 있는 생물종이 서식하고 있는지 분석한 후, 자체적으로 축적된 미생물학 노하우를 바탕으로 최적의 분리배양 조건을 찾아냅니다. 농림수산업, 환경, 산업, 신약개발 분야에서 새로운 생물자원을 발굴하여 SDGs에 부합하는 신규 사업개발에 기여합니다.
농림업 기술 적용 사례
작물이 건강하게 자라기 위해서는 건강한 토양이 필요합니다. 지금까지는 토양의 화학성과 물리성에 대한 분석을 바탕으로 토양 상태를 진단하고 농지 관리에 활용되어 왔습니다. 하지만 농지 토양 내에서 일어나는 복잡한 과정을 모니터링하고 지속가능한 식량 생산 시스템을 구축하기 위해서는 토양 기능에 대한 보다 포괄적인 평가 체계가 필요합니다.
여기서 핵심은 토양에 서식하는 무수히 많은 미생물 종에 대한 정보입니다. 미생물군집의 구조를 분석하면 해당 토양이 생물에게 어떤 환경인지 직접적으로 평가할 수 있습니다. 한 곳의 농지에는 최소 수천 종의 미생물이 살고 있기 때문에 그 생태계를 한꺼번에 DNA 분석하면 수천 개의 센서(측정 항목)로 농지의 상태를 파악하는 것과 같은 정보를 얻을 수 있습니다.
저희 Sunlit Seedlings에서는 생태계의 DNA 분석을 저비용으로 신속하게 분석할 수 있는 방법을 개발함과 동시에 토양 생물군집의 데이터베이스화 및 생태계 진단 기술의 고도화를 추진하고 있다. 이러한 일련의 기술을 농업 현장에 적용하는 사업을 통해 최소한의 비료, 농약, 관리 비용으로 지속가능한 농업을 실현할 수 있는 구조를 만들고 있습니다.
교토대학교 기반기술 사례: 식물과 진균의 지하 공생 네트워크 분석
Toju et al.(2018) Microbiome 6:116
식물은 4억 년 전에 육지로 진출하기 시작했는데, 이때부터 수분과 인의 공급을 공생하는 진균류(곰팡이, 버섯류)에 의존해 왔습니다. 식물 뿌리에 공생하는 다양한 '균근균'과 '내생균'들은 이러한 인프라 기능 외에도 병충해와 환경 스트레스로부터 식물을 보호하는 역할을 하고 있습니다. 이 지하 공생 시스템의 상태를 파악함으로써 토양의 건강도를 진단하고, 발생할 수 있는 위험에 대한 구체적인 대비책을 마련할 수 있게 됩니다.
양식 및 수질환경 분야 기술 적용 사례
전 세계적으로 단백질 수요가 급증하면서 수산자원의 고갈이 우려되고 있다. 자원 이용 효율이 높은 단백질 생산 시스템으로 양식에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데, 수권생태계 모니터링 기술이 양식 시스템의 안정적인 관리의 핵심이 될 것으로 예상됩니다.
양식 시스템 내에는 물고기의 노폐물을 분해하여 물을 정화하는 미생물과 물고기의 장내에 공생하여 면역 및 영양소(비타민 등) 획득에 큰 역할을 하는 미생물이 서식하고 있습니다. 방대한 DNA 정보를 바탕으로 이러한 미생물들로 구성된 생물군집의 구조와 동태를 분석함으로써 효율적이고 안정적으로 양식 시스템을 관리할 수 있을 것으로 기대됩니다.
이러한 수질환경의 생태계 분석은 호수, 하천, 갯벌, 내만과 같은 환경의 관리에도 적용될 수 있습니다. 미생물뿐만 아니라 어류와 플랑크톤의 DNA를 분석하여 수환경 상태를 종합적으로 파악함으로써, 생물다양성 보전 및 환경 재생의 달성도를 평가하고 관리 및 보전상의 구체적인 해결책을 제시할 수 있게 될 것으로 예상됩니다.
교토대학교 기반 기술 사례: 양식 수조 내 미생물군집 동태 분석
Yajima et al.(2023) Microbiome 11:53
육상 양식 시스템에서 미생물이 수질 정화뿐만 아니라 물고기의 성장과 질병 예방 등의 측면에서 중요한 역할을 하고 있다고 여겨지고 있습니다. 방대한 DNA 정보에 기반한 분석으로 양식 시스템 내 미생물 군집이 극적으로 변동하고 있음이 밝혀지고 있습니다. 또한, 이 미생물 군집의 구조에 따라 양식 중인 물고기의 활동이 크게 달라진다는 사실도 밝혀지고 있습니다. 수질 환경을 안정적으로 관리하기 위해서는 미생물군집의 정보를 통합하는 기술이 핵심이 될 것으로 예상됩니다.