DNA 기술로 농작물 질병과 싸우는 방법

전 세계 약 8억 명에 달하는 인구가 생존을 위해 카사바 나무에 기대고 있습니다. 컴퓨터 생물학자이자 TED 시니어 펠로우 로라 보이킨에 따르면 이 중요한 식량원이 충분히 예방할 수도 있는 바이러스에게 공격당합니다. 동아프리카 농장에서 다양한 과학자들이 아주 짧은 시간 안에 바이러스를 식별하는 휴대용 DNA 연구 장치와 소형 슈퍼컴퓨터를 사용해 농작물을 건강하게 지키도록 농부들을 도와준 일화를 소개합니다.

저는 두 가지 목표를 위해 일합니다.

하나는 소규모 가족 농부들에게
식량이 더 필요하다는 사실입니다.

2019년에도 사람을 먹여 살리는
농부들이 굶주린다는 건 믿기 어렵죠.

두 번째는 과학이 더욱더 폭넓고
다양해져야 한다는 사실입니다.

지구에서 가장 어려운
문제를 풀고자 한다면

가령 극심하게 가난한 수백만의 사람이
겪는 식량 부족을 해결하려면

과학자 모두가 나서야 하기 때문입니다.

저는 최신 기술 뿐만 아니라

세계에서 가장 폭넓고 다양한 팀과 함께

농부들이 더 많은 식량을
생산하게끔 돕고 싶습니다.

저는 컴퓨터 생물학자입니다.

네, 그게 대체 무엇이고
어떻게 굶주림을 해결할 수 있을까요?

기본적으로 저는 컴퓨터와
생물학을 좋아하고

어쩌다 보니 직업으로
그 둘을 합치게 되었습니다.

(웃음)

어릴 적부터

생물학자가 되겠다고
마음먹은 것은 아니었습니다.

사실은 대학에서 농구를 했습니다.

당시 받던 재정 지원 프로그램의
일환으로 근로 장학생 직업이 필요했습니다.

그러던 어느 날,

전 기숙사 가장 근처에 있던
건물에서 서성이고 있었습니다.

그리고 그 건물이 우연하게도
생물학관 건물이었습니다.

안으로 들어가
구인란을 뒤져 보았습니다.

네, 아직 인터넷이 없던
시절이었습니다.

그리고 조그마한 카드에

식물 표본실에 일거리가
있다는 광고를 봤습니다.

재빨리 거기 있던 번호를 적었고

카드에 “시간 조절 가능”이라
쓰여 있었기 때문에

제 농구 시간표에 맞추기에
좋겠다고 생각했습니다.

당장 도서관으로 달려가 도대체
식물표본실이 뭔지부터 찾아봤습니다.

(웃음)

그리고 알고 보니

식물표본실은 죽고 말라붙은
식물을 저장하는 장소였습니다.

운 좋게도 직업을 얻었습니다.

저의 첫 번째 과학자로서의 일은

죽은 식물을 몇 시간이고
종이 위에 붙이는 일이었습니다.

(웃음)

굉장히 화려하지요.

제가 컴퓨터 생물학자가 된 계기입니다.

당시는

유전체학과 컴퓨팅이
막 성숙하던 시기였습니다.

때문에 저는 석사 학위로

생물학과 컴퓨터를 조합했습니다.

그 동안,

로스앨러모스 국립 연구소에서

이론생물학과
생물물리학 팀에서 일했습니다.

그곳에서 저는
처음으로 슈퍼컴퓨터를 접했고

굉장히 놀랐습니다.

슈퍼컴퓨터는 기본적으로

근육 강화제를 복용하는 수 천대의
컴퓨터를 하나로 연결한 것 같았고

그 능력을 이용해 인플루엔자와
C형 간염의 복잡한 특징을 분석할 수 있었습니다.

그 시기 저는 정말 강력한 힘과

컴퓨터와 생물학의 조합이 인류에게
기여할 수 있는 가능성을 보았습니다.

그래서 그 길이 저의 진로로
이어지길 원했습니다.

1999년부터

저는 제 과학자 커리어 대부분을

고성능 첨단 기술 연구실에서

엄청나게 비싼 장비에
둘러싸여 보냈습니다.

정말 많은 분이 묻습니다.

어쩌다가 아프리카의
농부들을 위해 일하게 되었는지

그건 저의 컴퓨팅 기술 때문입니다.

2013년 동아프리카 과학자팀에서

카사바를 살리는 데 곤경을 겪고 있다고
팀과 함께 일하자고 제안했습니다.

카사바는 잎사귀와 뿌리로 지구상 약 8억에
해당하는 인구를 먹여 살리는 식물입니다.

그리고 그 중 5억 명은
동아프리카 사람입니다.

따라서 거의 10억 명의 인구가

하루하루 살기 위한 에너지원으로
그 식물이 필요합니다.

소규모 농부 가족이
카사바를 충분히 수확하면

어머니가 가족에게 먹이고

남은 건 장터에 팔아
학비처럼 중요한 데 사용하고

의료비를 대거나
저축을 할 수 있습니다.

하지만 아프리카에서 카사바가
공격 받고 있습니다.

가루이와 바이러스가 카사바에
엄청난 손상을 가합니다.

가루이는 아주 작은 곤충으로

600종류가 넘는
식물의 잎을 먹어 치웁니다.

몹시 나쁜 소식이죠.

다양한 종이 있는 데다가

살충제에 면역이 생기고

수백 가지나 되는 식물 바이러스를 옮겨

카사바 갈색줄병과

카사바 모자이크병을 일으킵니다.

이 질병은 카사바를 완전히 죽입니다.

그리고 카사바가 없으면

수백만의 사람이 굶고 빈곤해집니다.

탄자니아에 한 번 가는 것으로도,

이 여인들에게 정말로 도움이
필요하다는 걸 느낄 수 있었죠.

이 놀랍고 강인한, 소규모 농부 가족은

대부분 여성이고

무척 힘들게 살고 있었습니다.

가족을 먹일 식량이 충분하지 않아서

심각한 위기를 겪고 있었습니다.

무슨 일이 벌어지냐 하면

비가 오면 밖으로 나가
들판에 카사바를 심습니다.

하지만 아홉 달이 지났는데

병충해와 병원균이 쓸고 지나가
아무것도 남은 게 없습니다.

이런 생각이 들었습니다.

세상에 어떻게 농부들이
굶을 수 있는 거야?

그래서 현장에서
문제를 들춰 보기로 했습니다.

농부와 과학자들과 함께

제 능력으로 어떻게 하면
도와줄 수 있을지 고민했습니다.

상황은 충격적이었습니다.

가루이가 단백질을 섭취하기 위해
잎을 파괴하고

바이러스는 탄수화물을 얻기 위해
뿌리를 파괴하고 있었습니다.

카사바의 성장기가 모두 지나

농부들은 그 해를 나기 위한
수입과 식량을 모조리 잃고

온 가족이 긴 보릿고개 내내
굶주립니다.

충분히 예방할 수 있는 사태입니다.

만약 농부가

어떤 종류의 카사바를
땅에 심어야 하는지 알고

그 종류의 카사바가
바이러스와 병원균에 저항한다면

충분히 더 많은 식량을
얻을 수 있습니다.

우리에겐 필요한 모든 기술이 있습니다.

하지만 지식과 자원은

전 세계에 균등하게 분배되지 않습니다.

저에게 구체적으로 필요했던 것은

병충해와 병원균의 특성을

분석하는데 필요한 기존에 이미 개발된

유전체 기술이었는데

이 기술은 사하라 사막 이남 아프리카 지역에서
사용하도록 만든 건 아니었습니다.

가격이 백만 달러를 넘는 데다가

지속해서 전력을 공급해야 하고

전문가가 필요했습니다.

장치가 극히 드물고 다른 대륙에 있어서

현장에서 고생하는
많은 과학자가 바다 너머로

샘플을 보내는 수밖에 없었습니다.

그리고 샘플을 바다 너머로 보내면

샘플의 상태가 안 좋아지고
비용도 많이 드는 데다가

연구 데이터를 아프리카의
취약한 인터넷 회선으로 받기가

거의 불가능했습니다.

때문에 연구 결과를 받아 농부에게
알려주는 데 여섯 달이 걸릴 수 있습니다.

그리고 그때쯤이면
상황은 너무 늦습니다.

농작물이 이미 죽어

큰 궁핍과 굶주림만 남습니다.

이 문제를 풀 수 있다는 걸
알고 있었습니다.

2017년

손바닥만한 휴대용 DNA 염기서열분석기가
나왔다는 소식을 들었습니다.

옥스포드 나노포어 미니언
(Oxford Nanopore MinION)이란 장치였습니다.

서아프리카에서 에볼라 바이러스에
대항하는 데 이 장치를 사용했습니다.

저희는 생각했습니다.

동아프리카 농부를 돕는 데
이 장치를 사용해보면 어떨까?

그래서 시도해보기로 했습니다.

당시 굉장히 신기술이었고

많은 사람이 그 장치를 농장용으로
개량하기 힘들 거라 생각했습니다.

심지어 우리와 함께 일하던

영국의 "협력자" 한 분이

농장용으로 개량하기는 고사하고
동아프리카에서 쓰지도 못할 거라

장담한 적이 있었죠.

저희는 도전을 받아들였습니다.

그분은 상당히 값진 샴페인을
무려 두 병이나 거셨습니다.

저희가 절대로 해내지
못한다는 데 말이죠.

두 마디만 하겠습니다.

샴페인 가져오세요.

(웃음)

(박수)

가져오세요. 우리가 해냈으니까요.

첨단 분자 연구소 하나를 통째로

탄자니아와 케냐 그리고 우간다의
농부에게 선보였고

그걸 트리 연구소(Tree lab)라
이름 붙였습니다.

그걸로 뭘 했을까요?

가장 먼저,
우리 팀에 이름을 붙였습니다.

카사바 바이러스 액션 프로젝트입니다.

홈페이지를 만들고

유전체학과 컴퓨팅 커뮤니티로부터
도움을 받아

그 도움을 농부들에게 전했습니다.

트리 연구소에서 필요로한 모든 자료를

현지에서 조달하고 있습니다.

바이러스에 시달리는 식물을
분석하기 위해 필요한 모든 표본과

컴퓨터 계산에 필요한 자료가
여기 있었습니다.

이게 현 단계에서 실질적으로
필요한 전부였습니다.

우리가 만약 문제에 인접한 자료를 얻고

농부에게 인접한 자료를 얻을 수 있다면

나무에 어떤 문제가 있는지
더 빨리 말해 줄 수 있으리라 판단했습니다.

무엇이 문제인지 말해줄 뿐만 아니라

대책까지도 알려줄 수
있으리라 생각했습니다.

그 대책은

병에 시달리는 들판을
불태워버리고 변종들을 심어서

들판에 있는 병충해와 병원균에
저항하게끔 하는 것이었습니다.

그래서 먼저 DNA 추출을
해야 했습니다.

추출을 위해 이 장치를 사용했습니다.

이건 피디큐이엑스(PDQeX)라는 장치로

‘엄청 겁나 빠른 추출'
(Pretty Damn Quick Extraction)의 약자입니다.

(웃음)

그래요.

제 친구 조는 정말 쿨하죠.

DNA를 추출하는데
가장 큰 난관 하나는

추출에 일반적으로 굉장히
비싼 장비가 필요하고

시간이 많이 든다는 점입니다.

하지만 이 장치를 사용해서

20분 안에 하게 되었고,

비용도 일부분밖에 들지 않았습니다.

게다가 이 장치는 오토바이
배터리로 작동합니다.

여기서 우리는 DNA 추출기를
가지고 도서관에 가져가

손바닥 크기의 휴대용

유전자 염기서열분석기로
전송할 준비를 합니다.

여기 있죠.

그리고 소형 슈퍼컴퓨터에 연결하는데

이 컴퓨터는 미닛(MinIT)이라 합니다.

그리고 장치를 모두
휴대용 배터리 팩에 연결합니다.

이렇게 휴대용 배터리로 연결해야

주 전력과 인터넷 없이도
진행할 수 있는데

소규모 가족 농장에서는 전력과 인터넷을
안정적으로 사용하기 어렵기 때문입니다.

정보를 빠르게 분석하는 것은
되려 문제를 야기할 수 있습니다.

하지만 여기에 컴퓨터 생물학자인
저의 역할이 유용해지죠.

죽은 식물을 풀로 붙이고

그 모든 걸 측정하고

컴퓨터로 계산하는 이 모든 일에서 시작해

비로소 이렇게 실제 세계와
현재에 필요한 능력을 발휘합니다.

제 능력으로 데이터베이스를
현지 상황에 맞춰

농부들에게 필요한
정보를 제공하는 데 여섯 달을

세 시간으로 단축할 수 있었습니다.

(박수)

농부들은 무척 기뻐했습니다.

우리가 농부들에게 제공한 결과는
어떻게 확인 할 수 있었을까요?

트리 연구소를 세우고 아홉 달 뒤

아샤라는 농부는 약 만 제곱미터에서
하나도 수확하지 못하던 카사바를

40톤이나 수확했습니다.

그녀는 가족을 먹이고

시장에 팔기 충분한 식량을 수확해

이제 가족을 위한 집을 짓고 있습니다.

맞아요, 굉장히 멋지죠.

(박수)

트리 연구소를 어떻게 더 넓게
적용할 수 있을까요?

재미있는 점은

아프리카 농부들이 이미
이걸 하고 있다는 점입니다.

이 여인들은 농부 집단으로 일을 하며

결과물뿐 아니라 해결책도
공유했기 때문에

아샤를 돕는 것은 실제로 마을의
3,000명을 돕는 것과 같았죠.

저는 제가 만난 농부를
한 분 한 분 다 기억합니다.

그 고통과 기쁨을

제 마음속에 새겼습니다.

우리의 과학은 그들을 위한 것입니다.

트리 연구소는 농부들의 식량 문제를 해결하기
위해 저희가 노력한 최선의 시도였습니다.

꿈에도 생각해 보지 못했습니다.

제 인생에서 가장 발전된 과학으로

동아프리카의 넓은 땅에 나가

최첨단 유전체 장치를
사용하게 될 것이라 말이죠.

하지만 우리 팀은

농부들에게 해결책을 여섯 달이 아닌
세 시간 만에 제공하겠다는 꿈을 꿨고,

해냈습니다.

그것이 바로 과학을 폭넓고
다양하게 사용할 때 나오는 힘입니다.

감사합니다.

(박수)

(갈채)