DNA 메모리 시대 열린다.
DNA 1g에 수백 PB(10¹⁵ Byte)데이터 수백만 년간 저장 가능
디지털데이터 저장매체로는 급증하는 데이터수요 감당 못 해, DNA 메모리로 해결
고려대 천홍구 교수팀 연구결과, Nature Communications 온라인 게재

▲ 보건과학대학 바이오의공학부 천홍구 교수

지금 들리는 익숙한 음악(하단 링크 참조)은 슈퍼마리오 게임의 도입부이다. 이 데이터는 하드디스크나 플래시메모리가 아닌 DNA에 저장된 것이다. (https://github.com/dwiegand740/Photon_Enzymatic_Synthesis ◄4번째 파일 실행)

1인 방송과 SNS사용량이 증가하면서 데이터 생성양이 급증하고 있다. 이에 따라 전 세계 메모리 수요는 현재 수십 zetta(10²¹) Byte 수준에서 20년 뒤인 2040년에는 약 7천만 zetta Byte 수준까지 증가할 것으로 예상된다. 현재 플래시메모리는 1 bit의 데이터를 저장하기 위해 약 1 pico (10^-12) gram이 필요하여, 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 비하여 데이터 집적도는 천 배 높고, 에너지소모는 1억 배 낮고, 보

관은 수백만 년까지 가능한 장점이 있다. 전 세계의 모든 데이터를 1kg의 DNA에 다 담을 수 있을 정도이다.
  
최근 염기서열분석 기술이 급속도로 발전하여 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 사용하여 환경오염 문제가 있다. 특히, 앞서 언급한 양의 데이터 저장을 위한 DNA 합성에는 유기용매가 바닷물만큼 필요하여 현실적인 해결책이 될 수 없다. 따라서, DNA를 효율적으로 합성하여 데이터 저장에 응용하기 위해서는 우리 몸의 세포가 DNA를 합성하는 방법을 따를 필요가 있다.

▲ 미세유체채널 안에 프로젝터로 빛 패턴을 비추어 DNA합성효소가 필요로 하는 Co2+ 이온을 국소적으로 전달하여 선택적으로 DNA 합성을 진행하는 과정. 이로써 수용액 기반의 DNA 병렬합성이 가능해졌다. (Reprint: Nature Communications)

보건과학대학 바이오의공학부 천홍구 교수는 하버드대학의 조지 처치(George M. Church) 교수, 이호원 박사와 함께 생물학적 DNA 합성 중 TdT (Terminal deoxynucleotidyl Transferase)라는 DNA 합성효소를 이용하여 DNA를 효율적으로 합성하여 원하는 정보를 담을 수 있도록 했다.

특히, 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.

이번 연구결과는 저명 학술지 Nature Communications에 현지시간 10월 16일자로 게재됐다.
 * 논문명 : Photon-directed multiplexed enzymatic DNA synthesis for molecular digital data storage
 * 저자정보 : (하버드대학) Howon Lee, Daniel J. Wiegand, Kettner Griswold, Sukanya Punthambaker, Richie E. Kohman, (고려대학교) Honggu Chun

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)