호프(hop)는 유럽과 아시아 온대지방에서 자라는 삼과의 한삼덩굴속 식물이다. 암꽃이 성숙하면 씨방과 포엽 밑부분 가까운 곳에 노란색의 작은 알갱이들이 생기는데 이것을 루풀린(lupulin)이라고 한다. 맥주 향료로 쓰이는 부분이다.

맥주 원료로 호프를 사용하기 시작한 때는 8세기 후반인 것으로 추정되고 있다. 14세기 후반부터는 맥주 생산을 위해 독일에서 널리 재배되고 있었던 것으로 확인되고 있다. 그리고 지금 세계 많은 애주가들이 홉으로 만든 맥주를 즐기고 있다.

독일의 하라타우, 체코슬로바키아의 쓰아 두 지방산의 호프가 우수한 것으로 알려지고 있다. 그러나 최근 과학자들이 유전자가위 기술로 호프의 맛과 향을 만들어내면서 호프 없이 맥주를 주조할 수 있는 길이 열리고 있다.

유전자 편집으로 맥주용 효모 개발에 성공

21일 미국 과학 논문 소개 사이트인 ‘유레칼러트(eurekalert)’는 미국 UC 버클리의 생물학자들이 새로운 맥주 발효용 효모를 개발했으며, 이 효모를 통해 호프의 독특한 향을 풍기는 맥주를 양조할 수 있었다고 보도했다.

실험은 미국 캘리포니아 주에 있는 양조회사 라구니타스 브루잉 컴퍼니(Lagunitas Brewing Company)에서 진행됐다. 연구팀은 새로 개발한 효모로 만든 맥주에서 호프 맛이 풍기는지 그 여부를 알기 위해 이중부지통제(double blinded control) 방식을 적용했다.

실험자와 피실험자 모두 실험의 구체적 조건과 내용을 알 수 없도록 통제하는 것을 말한다. 실험 결과 새로 개발한 효모를 사용한 맥주가 기존의 효모와 캐스케이드 호프(Cascade hops)를 사용해 만든 맥주보다 더 강한 호프 맛을 내고 있는 것으로 나타났다.

라구니타스의 브라이언 도날드슨(Bryan Donaldson) 개발팀장은 “실험 결과 새로운 효모로 만든 맥주에서 ‘오렌지 블로섬(orange blossom)’과 푸르트 루프(fruit-loops)’가 섞인 호프 맛이 났으며, 식품으로서 손색이 없는 맛과 향이었다.”고 평가했다.

관련 논문은 20일 ‘네이처’ 지에 ‘Industrial brewing yeast engineered for the production of primary flavor determinants in hopped beer’이란 제목으로 게재됐다. 대표저자는 UC 버클리 출신의 찰스 덴비(Charles M. Denby) 박사.

박사는 “그동안 맥주 양조업자들은 기존의 호프 대신 호프 맛을 낼 수 있는 효모 개발에 많은 노력을 기울여왔다.”고 말했다. 비싼 호프 가격 때문이다. 특히 많은 물을 공급해야 하는데 이로 인해 비용은 물론 환경 문제를 불러일으키고 있다.

덴비 박사는 “새로운 효모를 통해 호프 맛을 낼 수 있는 맥주를 생산하게 되면 맥주산업 전반에 큰 영향을 미칠 수 있을 것”이라고 말했다. 관건은 새로운 효모로 만든 맥주가 기존의 맥주 애호가들의 사랑을 받을 수 있느냐는 것이다.

기존 효모모다 호프의 맛과 향 더 강력해

호프에 특별한 영양소가 들어 있는 것은 아니다. 그러나 부작용이 없이 잠이 오는 최면 성분이 들어있는 것으로 확인되고 있다. 이에 따라 유럽에서는 민간인들을 통해 진정 ·진경 ·진통 및 건위제로 사용되고 있는 중이다.

호프의 가치는 맛과 향에 있다. 그동안 많은 양조업자들은 호프의 맛과 향을 다양화하기 위해 많은 노력을 기울여왔다. 그러나 호프 가격이 비싸 새로운 효모에 관심을 기울여왔고 새로운 효모를 개발하기는 이번이 처음이다.

연구팀은 이번 효모 개발에 제 3세대 유전자가위 기술인 ‘크리스퍼(CRISPR-Cas9)’를 활용했다. UC 버클리에서 개발한 유전자가위 기술을 적용해 기존의 효모에 4개의 새로운 유전자를 주입했으며, 새로운 효모를 만들어내는데 성공했다.

4개 유전자 중 2개는 ‘linalool synthase’과 ‘geraniol synthase’이다. 식물의 맛과 향을 결정하는 효소의 성질을 변화시킬 수 있는 유전자로 또 다른 식물 민트(mint)와 허브의 일종인 바질(basil)에서 가져온 것이다.

또 다른 2개의 유전자는 다른 효모로부터 가져왔는데 이들 유전자를 기존 양조용 효모에 투입해 호프의 맛과 향을 낼 수 있는 성분을 만들어내는 전구단백질(precursor molecules)의 활동을 활성화할 수 있었다.

논문 주저자인 덴비 박사는 당초 UC 버클리에서 호프와는 무관한 연구를 하고 있었다. 저명한 합성생물학자이면서 화학자인 제이 키슬링(Jay Keasling) 교수와 함께 지속가능한 연료를 개발하면서 연료뿐만 아니라 호프 역시 유사한 방식으로 개발할 수 있다고 판단했다.

맥주에 관심을 갖게 된 것은 덴비 박사 스스로 맥주를 좋아하기 때문. “동료들과 함께 맥주를 마시며, 새로운 호프의 맛과 향을 낼 수 있는 방법을 생각하게 됐고, 호프 맛을 내게 하는 분자가 있음을 확인할 수 있었다.”고 말했다.

그러나 쉽지 않은 일이었다. 다른 효모들을 개발하기 위해서는 한 세트의 염색체가 필요했지만, 호프 맛과 향을 내기 위한 효모를 개발하기 위해서는 4세트의 염색체가 필요했다. 이런 문제를 해결하기 위해 유전자가위 기술을 도입했다.

그리고 기존 효모의 유전자를 편집해 기존 호프를 대체할 가능성이 있는 효모를 개발할 수 있었다. 덴비 박사는 현재 동료인 레이첼 리(Rachel Li) 박사와 함께 스타트업 ‘버클리 양조과학(Berkeley Brewing Science)’을 설립했다.