고려대 천홍구 교수팀 연구결과
DNA 1g에 수백 PB(1015 Byte)데이터 수백만 년간 저장 가능
디지털데이터 저장매체로는 급증하는 데이터수요 감당 못 해, DNA 메모리로 해결
아래 주소로 연결해서 들리는 익숙한 음악(하단 링크 참조)은 슈퍼마리오 게임의 도입부다. 이 데이터는 하드디스크나 플래시메모리가 아닌 DNA에 저장된 것이다.
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, 보관은 수백만 년까지 가능한 장점이 있다. 전 세계의 모든 데이터를 1kg의 DNA에 다 담을 수 있을 정도다.
최근 염기서열분석 기술이 급속도로 발전하여 한 사람의 전체 유전자 해독 비용이 1,000달러 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.
고려대학교(총장 정진택) 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
연구진 소개
이호원 박사(제1저자)
1. 인적사항
· 소속 : Department of Genetics, Harvard Medical School
· E-mail : howon251@gmail.com
2. 학력사항
· 2013년 서울대학교 Interdisciplinary Program in Nanoscience and Technology (공학박사)
· 2005년 서울대학교 전기공학부 (공학사)
3. 경력사항
· 2015.7-현재 Harvard Medical School, Boston, USA 연구원
4. 전문분야 정보
· 미세유체 시스템
· DNA 합성, 분석
· 합성생물학
천홍구 교수(공동저자)
1. 인적사항
· 소속 : 고려대학교 바이오의공학부
· 전화 : 02-3290-5658
· E-mail : chunhonggu@korea.ac.kr
2. 학력사항
· 2004년 서울대학교 의용생체공학 (공학박사)
· 1997년 서울대학교 전기공학부 (공학사)
3. 경력사항
· 2011-현재 고려대학교 바이오의공학부, 교수
· 2010-2011년 서울대학교 차세대융합기술원, 연구교수
· 2006-2010년 University of North Carolina at Chapel Hill, Postdoctoral Research Associate
4. 전문분야 정보
· 의료기기
· 마이크로/나노기술
· 이온트로닉스 (Iontronics)
George M. Church 교수(교신저자)
1. 인적사항
· 소속 : Department of Genetics, Harvard Medical School, USA
· 전화 : 1-(617) 432-1278
· E-mail : gchurch@genetics.med.harvard.edu
2. 학력사항
· 1984년 Department of Biochemistry and Molecular biology, Harvard University (이학박사)
· 1974년 Department of Zoology and Chemistry, Duke University (이학사)
3. 경력사항
· 1986-현재 Department of Genetics, Harvard University, 교수
4. 전문분야 정보
· CRISPR 유전자가위
· 합성생물학
· DNA 분석/합성
· 유전학
