[한국대학신문 백수현 기자] 고려대학교(총장 정진택) 보건과학대학 바이오의공학부 천홍구 교수가 하버드대학의 조지 처치(George M. Church) 교수, 이호원 박사와 함께 생물학적 DNA 합성 중 TdT (Terminal deoxynucleotidyl Transferase)라는 DNA 합성효소를 이용해 DNA를 효율적으로 합성함으로써 원하는 정보를 담을 수 있도록 했다.

최근 1인 방송과 SNS사용량이 증가하면서 데이터 생성양이 급증하고 있다. 이에 따라 전 세계 메모리 수요는 현재 수십 zetta(1021) Byte 수준에서 20년 뒤인 2040년에는 약 7000만 zetta Byte 수준까지 증가할 것으로 예상된다. 현재 플래시메모리는 1 bit의 데이터를 저장하기 위해 약 1 pico (10-12) gram이 필요해 위의 데이터를 저장하기 위해서는 약 1014kg의 실리콘 웨이퍼가 필요하나, 2040년의 실리콘 웨이퍼 생산 추정치는 108kg에 불과하여 수요에 크게 못 미친다.

반면, 우리 몸의 설계도인 DNA는 플래시메모리에 비해 데이터 집적도는 천 배 높고, 에너지 소모는 1억 배 낮고, 보관은 수백만 년까지 가능한 장점이 있다. 전 세계의 모든 데이터를 1kg의 DNA에 다 담을 수 있을 정도이다.

최근 염기서열분석 기술이 급속도로 발전해 한 사람의 전체 유전자 해독 비용이 1000달러 미만으로 떨어졌다. 염기서열분석이 ‘읽기’라면, DNA 합성 또는 DNA 데이터저장은 ‘쓰기’에 해당한다. 현재까지 DNA 합성 기술은 phosphoramidite라 불리는 화학반응에 의존하는데, 이 방법은 독성의 유기용매를 사용해 환경오염 문제가 있다. 특히 앞서 언급한 양의 데이터 저장을 위한 DNA 합성에는 유기용매가 바닷물만큼 필요하여 현실적인 해결책이 될 수 없다.

따라서 DNA를 효율적으로 합성해 데이터 저장에 응용하기 위해서는 우리 몸의 세포가 DNA를 합성하는 방법을 따를 필요가 있다. 이 같은 방법은 수용액 상태에서 DNA 합성이 가능해져 환경오염 문제를 해결했으며, 빛을 이용해 DNA가 합성되는 각 부분에서의 효소 활성도를 제어함으로써 DNA 합성의 병렬처리가 가능해져 DNA 메모리 (NAM, nucleic acid memory)의 대량생산을 가능하게 했다.

천 교수팀의 이번 연구결과는 저명 학술지 Nature Communications에 지난 16일자(현지시간)로 게재됐다. 논문명은 ‘Photon-directed multiplexed enzymatic DNA synthesis for molecular digital data storage’이다.