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[IT뉴스]컴퓨터 폴더처럼 파일 분류·수정…차세대 DNA저장 기술

온카뱅크관리자

2025-02-25 13:37:28

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 <img alt="DNA는 생물체의 유전 정보를 저장하는 '천연 저장장치'다. DNA를 이루는 염기는 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 사이토신(C) 4종류가 있으며 서로 다른 염기가 늘어선 서열에 따라 정보를 저장할 수 있다. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/25/dongascience/20250225133418646hybt.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="HUp7Y9f5Qa" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/25/dongascience/20250225133418646hybt.jpg" width="658">
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 DNA는 생물체의 유전 정보를 저장하는 '천연 저장장치'다. DNA를 이루는 염기는 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 사이토신(C) 4종류가 있으며 서로 다른 염기가 늘어선 서열에 따라 정보를 저장할 수 있다. 게티이미지뱅크 제공
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 국내 연구팀이 유전물질인 DNA에 정보를 저장하고 다루는 새로운 방법을 개발했다. 마치 컴퓨터에서 폴더로 자료를 정리하듯 'DNA 파일'을 간단히 분류하고 특정 DNA 파일을 정확하게 찾아 교체까지 할 수 있는 기술이다.
 광주과학기술원(GIST)은 최영재 신소재공학과 교수팀이 권성훈 서울대 교수, 국내 기업인 에이티지라이프텍 연구팀과 공동으로 새로운 DNA 저장 기술인 '순환적 DNA 합성 및 선택' 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 연구결과는 12일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다.
 DNA는 생물체의 유전 정보를 저장하는 '천연 저장장치'다. DNA를 이루는 염기는 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 사이토신(C) 4종류가 있으며 서로 다른 염기가 늘어선 서열에 따라 정보를 저장할 수 있다.
 DNA를 활용해 정보를 저장하려는 아이디어는 꾸준히 연구됐다. 반도체 기반의 컴퓨터처럼 빠르게 정보를 읽고 쓸 수는 없지만 장기 저장에 매우 유리하다는 평가를 받는다. 자료 손실 위험이 크고 운영 비용과 에너지가 많이 드는 데이터 센터와 달리 매우 안정적인 물질인 DNA는 반영구적이고 유지 비용도 적게 든다. 특히 당장 사용하지는 않지만 저장할 필요가 있는 대용량 '콜드 데이터' 저장에 유망하다.
 DNA 염기서열에 정보를 저장한 후 'DNA 파일'에 다시 접근하려면 해당 DNA를 복제하거나 물리적으로 분리해야 한다. 이를 위해 DNA 파일의 염기서열을 찾아낼 수 있는 표시인 '프라이머'도 함께 설계돼야 한다. 프라이머는 보통 20개 이상의 염기로 이뤄진 DNA 조각으로 DNA를 복제해야 하는 부분을 찾아주는 역할을 한다.
 DNA 파일의 종류가 늘어날수록 이를 구분하기 위한 프라이머 설계·합성 비용이 기하급수적으로 증가한다. 긴 프라이머를 파일마다 매번 추가해야 하는 구조적인 한계가 있는 것이다. 이 때문에 프라이머 없이도 DNA 파일을 식별·저장할 수 있는 새로운 방식의 필요성이 제기됐다.
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 <img alt="최영재 광주과학기술원(GIST) 신소재공학과 교수(왼쪽), 김우진 석박통합과정생. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/25/dongascience/20250225133420162vdly.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="XkkDdIloQg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/25/dongascience/20250225133420162vdly.jpg" width="658">
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 최영재 광주과학기술원(GIST) 신소재공학과 교수(왼쪽), 김우진 석박통합과정생. GIST 제공
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 연구팀은 단일 염기 수준의 'DNA 바코드'를 활용해 프라이머 없이도 DNA 파일을 계층 구조로 만들 수 있는 기술을 개발했다. 컴퓨터에서 폴더별로 파일을 정리해 탐색할 수 있는 방식과 유사하다. 
 기존 중합효소 연쇄반응(PCR) 방식에서는 DNA 파일마다 별도의 프라이머(염기 20개 이상)를 설계하고 합성해야 했지만 연구팀이 개발한 기술은 ATGC 4종의 염기만으로 특정 DNA 파일에 접근할 수 있다. 염기의 개수를 추가하면 이론적으로 4의 제곱수만큼 DNA 파일을 구분할 수 있어 확장성이 크다.
 예를 들어 염기 4개를 활용할 경우 4의 네제곱인 256종, 염기 8개로 구분하면 4의 여덟제곱인 6만5536종의 DNA 파일을 구분할 수 있다. 프라이머의 최소 길이인 20개 염기를 활용하면 이론적으로 4150억개의 파일을 구분할 수 있다.
 테스트 결과 연구팀이 개발한 방식은 기존 DNA 접근 기술인 PCR보다 비용은 10배 절감되고 접근 효율은 3배 이상 향상됐다. 또 같은 DNA 양에서 구분할 수 있는 DNA 파일 수가 7400만배 이상 증가했다. 특정 DNA 파일을 제거하고 그 자리에 새로운 DNA 파일을 삽입하는 등의 교체 작업도 가능해졌다.
 최 교수는 "프라이머 없이도 특정 DNA 파일에 접근할 수 있는 새로운 방법론을 제시해 PCR 방식의 한계를 극복했다"며 "바코드 설계 최적화 및 자동화된 시스템과 결합하면 DNA 기반 저장 시스템 상용화에 중요한 돌파구가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1038/s41467-025-56856-0
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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