충북대학교 원예과학과 박소영 교수 연구팀이 세계 최초로 10톤 규모 바이오리액터(Bioreactor)를 활용해 150년생 산삼 유래 배양근의 산업적 대량생산에 성공했다. 이번 성과는 희귀 산삼 자원의 유전적 특성과 기능성 성분을 그대로 유지하면서도 안정적인 생산체계를 구축했다는 점에서 세포농업(Cellular Agriculture) 분야의 획기적인 성과로 평가받고 있다.

이번 연구는 충북테크노파크 한방천연물센터가 보유한 총 50톤 규모의 식물 세포·기관 배양용 바이오리액터 인프라와 ㈜웰그린의 배양 기술이 결합해 이뤄졌다. 전통적인 재배 방식에 의존해 온 약용식물 생산 체계에 새로운 전환점을 제시한 사례로 주목받고 있다.

연구팀은 기존 세포배양 기술의 한계로 지적돼 온 유전적 불안정성과 낮은 유효성분 함량 문제를 극복하고, 유전적으로 안정적이면서도 유효성분 함량이 세포배양 대비 5배 이상 높은 무균 배양근 시스템을 구축하는 데 성공했다.

생산성 측면에서도 뛰어난 성과를 거뒀다. 배양 주기는 45~50일로 연간 최대 7회 생산이 가능하며, 10톤 바이오리액터 1기에서 한 번의 배양만으로 평균 1톤(건체중 기준 약 100kg)의 배양근 생산이 가능하다.

이는 기존 노지 재배 방식으로 6년간 1헥타르에서 생산되는 산삼 약 6.25톤과 비교할 때 단위 시간당 생산성을 획기적으로 높인 수준으로, 산업적 생산 체계 구축 가능성을 입증했다는 평가다.

생산된 산삼 배양근은 기능성 성분에서도 우수성을 나타냈다. 주요 기능성 성분인 진세노사이드 함량은 홍삼보다 2~3배 높은 수준으로 분석됐으며, 특히 Re, Rg2, Rd 성분이 크게 증가한 것으로 확인됐다.

또한 일반 인삼에서는 거의 발견되지 않는 진세노사이드 F1, 노토진세노사이드 1·2와 산삼 특이 성분으로 알려진 Mc 진세노사이드가 검출돼 차별화된 기능성을 입증했다.

대사체 분석 결과에서도 의미 있는 성과가 확인됐다. 연구팀은 기존 인삼에서 보고되지 않은 신규 대사물질 26종을 발견했으며, 총 151종의 대사물질 가운데 주요 30종은 일반 인삼 대비 2.4배에서 최대 7.9배까지 높은 축적량을 보였다.

특히 비사포닌계 신규 물질인 Jasmoflagin A~F가 항혈전, 항혈소판, 항응고 효능을 지닌 것으로 확인됐으며, 관련 기술은 특허 등록을 완료했다.

유전적 안정성도 입증됐다. 연구팀이 192개의 분자마커를 활용해 분석한 결과, 배양근은 2022년 전남에서 발견된 150년생 모본 산삼과 100% 유전적으로 동일한 것으로 나타났다. 이는 원식물의 유전적 특성을 완벽하게 유지하면서 대량 증식이 가능함을 의미한다.

아울러 무균 배양 시스템을 기반으로 생산돼 토양 재배 과정에서 발생할 수 있는 농약, 중금속, 환경오염 물질로부터 자유롭고, 고순도·고품질 원료를 안정적으로 공급할 수 있다는 장점도 갖췄다.

박소영 교수는 “이번 연구는 산삼의 유전적 특성과 기능성 성분을 그대로 유지하면서 산업적으로 안정적인 대량생산 체계를 구축한 세계 최초 사례”라며 “기능성 식품과 의약 소재, 화장품 산업 등 다양한 분야에 활용 가능한 고부가가치 바이오소재 생산 플랫폼으로 발전시켜 글로벌 세포농업 시장을 선도할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 연구팀은 오는 16일 오전 10시부터 오후 2시까지 충북 제천시 제2바이오밸리로2길 22에 위치한 한방천연물센터 조직배양 상용화 시설에서 생산 현장을 공개할 예정이다