자연은 DNA의 형태로 데이터가 공간을 절약하고 장기적으로 저장하는 방법을 보여줍니다. 그리고 과학인 발전하면 생물정보학 전문가들은 컴퓨터 기술용 DNA 칩을 개발하고 있습니다. 연구자들은 분자생물학, 나노기술, 새로운 고분자, 전자공학, 자동화의 결합과 체계적인 개발을 통하여 몇 년 안에 일상적인 사용에 유용한 DNA 데이터 저장소를 만들 수 있는지에 대한 가능성을 보여줍니다.

유전 분자 DNA는 아주 작은 공간에 오랫동안 많은 양의 정보를 저장할 수 있습니다. 따라서 지난 10년 동안 과학자들은 데이터의 장기 보관과 같은 컴퓨터 기술용 DNA 칩을 개발하려는 목표를 추구해 왔습니다. 이러한 칩은 저장 밀도, 수명 및 지속 가능성 측면에서 기존 실리콘 기반 칩보다 우수합니다.

4개의 반복되는 기본 구성 요소가 DNA 가닥에서 발견됩니다. 자연과 마찬가지로 이러한 블록의 특정 순서를 사용하여 정보를 인코딩할 수 있습니다. DNA 칩을 만들려면 그에 따라 암호화된 DNA가 합성되고 안정화되어야 합니다. 이것이 잘 작동한다면 정보는 아주 오랫동안 보존될 것입니다. 연구자들은 수천 년을 가정합니다. 정보는 4가지 기본 빌딩 블록의 순서를 자동으로 읽고 해독하여 검색할 수 있습니다.

극복해야 할 과제
율리우스 막시밀리안 대학교 뷔르츠부르크(Julius-Maximilians-Universität Wurzburg)의 생물정보학 의장인 토마스 단데카르(Thomas Dandekar) 교수는 "고용량과 긴 수명을 갖춘 디지털 DNA 데이터 저장이 가능하다는 사실은 최근 몇 년 동안 여러 번 입증되었습니다. 그러나 저장 비용은 메가바이트당 40만 달러에 육박할 정도로 높으며, DNA에 저장된 정보는 천천히 검색할 수 있습니다. 데이터 양에 따라 몇 시간에서 며칠이 걸립니다."라고 그동안의 연구성과를 전합니다.

DNA 데이터 저장을 보다 적용할 수 있고 시장성이 있게 만들려면 이러한 과제를 극복해야 합니다. 이에 적합한 도구는 빛 조절 효소와 단백질 네트워크 설계 소프트웨어입니다. 토마스 박사가 이끄는 연구진은 해외 매체 Trends in Biotechnology 저널의 최근 리뷰에서 이와 관련한 논의 전했습니다.

연구팀은 DNA가 데이터 저장소로서 미래를 가질 것이라고 확신합니다. 저널에서 연구원들은 분자생물학, 나노기술, 새로운 폴리머, 전자공학, 자동화의 결합과 체계적인 개발이 어떻게 결합하여 몇 년 안에 DNA 데이터 저장을 일상적인 사용에 유용하게 만들 수 있는지 보여줍니다.

나노 셀룰로스로 만든 DNA 칩
연구팀은 박테리아에 의해 생성된 반도체 나노 셀룰로스로 만들어진 DNA 칩을 개발하고 있습니다. "우리의 개념 증명을 통해 우리는 현재의 전자 장치와 컴퓨터 기술이 분자 생물학적 구성 요소로 부분적으로 대체할 방법을 보여줄 수 있습니다."라고 토마스 교수는 말합니다. 이러한 방식으로 지속 가능성, 완전한 재활용성 및 전자기 펄스나 정전에 대한 높은 견고성을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 DNA 그램당 최대 10억 기가바이트의 높은 저장 밀도도 달성할 수 있습니다.

분자생물학과 전자 장치 및 새로운 폴리머 기술을 결합한 새로운 유형의 지속 가능한 컴퓨터 기술로 도약한다면 우리는 장기적으로 더 발전하는 문명으로 지속될 것입니다. 인류에게 중요한 것은 지구의 경계와 환경이 조화를 이루는 순환 경제로 나아가는 것이다. 20~30년 안에 이를 달성해야 합니다. 칩 기술이 이에 관한 중요한 사례이지만 전자 폐기물과 환경 오염 없이 칩을 생산하는 지속 가능한 기술은 아직 성숙하지 않았습니다. 나노 셀룰로스 칩 개념은 이에 대해 귀중한 이바지를 할 것입니다.

DNA 저장매체의 추가 개선
연구팀은 현재 그들이 개발한 디자이너 효소와 반도체 나노 셀룰로스로 만든 DNA 칩을 더욱 효과적으로 결합하는 작업을 진행하고 있습니다. 효소도 더욱 개선되어야 합니다. 이런 방식으로 우리는 DNA 저장매체를 더 잘 제어하고 더 많은 것을 저장할 수 있을 뿐만 아니라 비용을 절감하여 단계적으로 일상생활에서 저장매체로 실용화할 수 있기를 기대합니다. 이 연구는 독일 연구 재단(DFG)과 바이에른 자유 주에서 재정적으로 지원됩니다. 중요한 협력 파트너로는 상트페테르부르크에 있는 정보 기술, 기계 및 광학 주립 대학교(ITMO) 교수인 세르게이 시티야코프(Sergey Shityakov), 마드리드 자치 대학교의 다니엘 로페즈(Daniel Lopez) 박사, 프라이부르크 대학교 및 BioCopy GmbH의 근터 로쓰(Günter Roth) 박사가 있습니다.