IPCC(기후변화에 관한 정부간 패널)에 따르면 기존 배출원을 줄이기 위한 노력과 함께 이산화탄소 제거(CDR)는 기후 변화로 인한 전 지구적 영향을 줄이고 그 과정을 역전시키는 데 점점 더 중요한 역할을 할 수 있다.

CDR에 대한 논의에서 우리는 이미 식물, 미생물 및 기타 생물체와 같이 이를 잘 수행하는 기술을 보유하고 있지만 인간 활동에 의해 생성되는 과잉 탄소가 많지 않은 세계에 최적화되어 있다는 점을 자주 언급한다. IGI 프로젝트는 기후 변화 문제의 규모에 맞게 생물체의 자연적인 탄소 제거 능력을 향상시키는 것을 목표로 한다.

지난 1년 동안 CZI는 CDR 기술을 포함한 최신 기후 솔루션 탐색의 일환으로 대규모 기후 변화를 해결하는 데 도움이 되는 유망한 기술 개발에 투자했다. IGI 프로그램은 가장 최근에 지원을 받은 프로그램이며 CRISPR 게놈 편집을 전 세계 CDR 노력에 최초로 적용한 프로그램 중 하나이다.

CZI의 공동 설립자이자 공동 CEO인 Priscilla Chan박사는 “유전자편집기술의 새로운 적용에 대한 Innovative Genomics Institute의 중요한 연구를 지원하게 되어 기쁘게 생각한다. "이 기술은 식물의 자연적 능력을 과급하여 대기에서 더 많은 탄소를 끌어내고 뿌리와 주변 토양에 더 많은 탄소를 저장할 수 있도록 하여 기후 변화를 해결하기 위한 새로운 혁신적인 도구 세트를 제공할 가능성이 있다"

 캘리포니아 논에서 그녀의 팀(Bethany Kolody 및 Jack Kim)과 함께 일하는 Jill Banfield 박사(오른쪽)는 탄소 배출과 저장 모두를 담당하는 토양 미생물을 분석한다.  

현재의 자연 기반 솔루션의 가장 큰 문제 중 하나는 대기에서 제거된 탄소가 일반적으로 토양 미생물에 의해 이산화탄소로 호흡하는 비교적 짧은 시간 동안 대기로 되돌아간다는 것이다. 천연 CDR이 의미 있는 영향을 미치려면 탄소가 장기간에 걸쳐 토양에 보유되어야 한다.

약 200년 전 현대 농업이 도래하기 전까지 지구 토양은 신뢰할 수 있는 장기적 탄소 흡수원을 제공했지만 그 이후로 토양은 4870억 미터 톤의 이산화탄소에 해당하는 탄소를 잃었다. 산업혁명 이후 미국의 누적 화석 CO2 배출량과 맞먹는다. IGI 팀은 관리되는 농경지의 넓은 범위에 걸쳐 토양 탄소 수준을 높일 수 있는 기회를 보고 있다. 토양 탄소를 복원하면 토양 구조를 개선하고 물 사용 효율성과 영양분 가용성을 개선하며 유익한 토양 미생물 군집에 먹이를 주는 추가적인 이점이 있다.

팀은 탄소 제거 능력을 향상시키는 것 외에도 다른 이점을 기대하고 있다. 광합성의 효율성을 개선하면 수확량을 높이고 비료와 관개에 대한 필요성을 줄일 수 있으며, 이 모든 것이 온난화 지구에서 증가하는 인구에 도움이 될 수 있다.

IGI 설립자이자 노벨상 수상자인 Jennifer Doudna 박사는 “기후 변화는 기아, 질병의 확산, 생물 다양성, 세계 경제 및 인간 생활의 거의 모든 측면에 영향을 미치는 오늘날 세계가 직면한 가장 심각한 문제이다. “우리는 CRISPR 게놈 편집이 농업이 기후 변화에 적응하는 데 사용될 수 있다는 것을 몇 년 동안 이해했다. 탄소 제거에 동일한 툴킷을 적용하고 기후 변화에 직접적으로 대처하는 것은 흥미진진한 새로운 단계이다.”

IGI 프로그램은 UC 버클리, UC 데이비스 및 로렌스 리버모어 국립 연구소의 연구원으로 구성된 3개의 작업 그룹에서 연구를 진행하고 있다.

David Savage, Krishna Niyogi, Pamela Ronald 및 IGI 지속 가능한 농업 이사 Brian Staskawicz가 이끄는 그룹은 개선된 광합성을 위해 벼 품종을 편집하여 대기에서 탄소를 보다 효율적으로 제거하고, 토양에서 탄소 격리를 촉진한다. IGI의 식물 유전체학 및 형질전환 시설 소장인 Peggy Lemaux와 조성제가 이끄는 두 번째 그룹은 향상된 CDR을 위한 편집을 가능하게 하는 바이오매스 작물 수수의 새로운 고효율 게놈 편집 프로토콜을 개발하고 있다. IGI 미생물학 책임자인 Jill Banfield와 Jennifer Pett-Ridge가 이끄는 마지막 그룹은 개선된 품종에 의해 고정된 탄소를 추적하는 기술을 개발하고 장기적 탄소 저장을 적극적으로 촉진하는 토양 미생물 군집을 연구할 것이다. 실제 영향은 이 작업의 결과를 광범위하게 채택해야 하므로 과학적 노력과 함께 IGI의 공공 영향 책임자인 Melinda Kliegman은 배포 계획을 개발하고 이 작업의 발전을 보장하기 위해 사회적 고려 사항을 해결하기 위해 노력할 것이다. 최종 사용자의 요구를 충족한다.

IGI의 식물 유전체학 및 변환 시설의 실험실 관리자인 Jesse Jones는 작물의 게놈 편집 묘목을 검사한다.

"이러한 노력은 UC 버클리와 UC 데이비스의 연구실과 현장에서 현지에서 시작되고 있지만, 우리는 이 프로그램을 특별히 개발하여 그 영향이 전 세계적으로 빠르게 확장될 수 있도록 했다."라고 IGI 전무이사 겸 프로젝트 PI 수석 PI인 Brad Ringeisen이 말했다.

식물과 미생물은 대기에서 탄소를 포집하는 고유한 능력을 가지고 있을 뿐만 아니라 바이오매스와 지구 지표면의 3분의 1을 차지하는 경작지의 토양에도 저장할 수 있다. 쌀과 수수와 같은 세계적으로 중요한 상업 작물에 초점을 맞추면 이 기술을 채택한 영향이 전 세계적으로 확산되고 저소득 및 중산층 커뮤니티에 혜택이 돌아갈 것이다.

팀은 수수 광합성 탄소 포집을 증가시키고 주변 토지로의 경작을 확대함으로써 전 세계적으로 연간 포집되는 CO2 등가물의 순 증가를 달성할 수 있을 것으로 추정하며, 그 중 절반은 장기간 저장될 수 있다. 바이오매스 전환 기술과 결합될 때 살아있는 형태. 이번 연구는 밀, 옥수수 등 다른 작물에도 적용할 수 있어 IGI팀의 행보가 앞으로 더욱 확대될 수 있다.