DNA에서 디지털 정보의 장기저장 기술

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-13

맘모스, 곰 및 다른 화석들로부터 샘플을 얻을 수 있다는 것은 분명하다. 염기서열의 분석이 가능한 DNA는 수십 만년 동안 지속될 수 있다. 하지만, 연구자들이 이들 화석의 뼈를 꼭 필요로 하는 것은 아니며 이는 실리카 유리구(silica glass spheres)가 그와 같은 역할을 할 수 있기 때문이라고 Angewandte Chemie지에 실린 논문에서 스위스 취리히의 Robert N. Grass와 동료 연구자들은 보고하고 있다. 최근, 수년에 걸쳐 DNA를 디지털 정보를 암호화하기 위한 암호 언어로 이용하려는 연구가 진행되고 있다. 이와 관련해 Grass와 동료 연구자들은 “하지만, 이러한 접근 방법은 이들 기술들이 효과적으로 에러를 제어할 수 없기 때문에 신뢰성을 잃고 있으며 오랜 시간에 걸쳐 안정적으로 DNA를 보관할 수 있는 방법도 없다”고 말했다. 따라서, 연구자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 실리카 캡슐 내에 화학적으로 결합된 합성 DNA를 에러를 바로 잡아주는 시스템과 결합시켜 해결하고자 했다. DNA를 해리시키는 것은 간단한 불소화학(fluoride chemistry)에 의해 진행될 수 있으며 그 후 이들은 시퀀싱되고 다시 암호화된다. 이에 대해 연구자들은 “이와 관련된 실험 결과들은 그 두 가지 개념을 결합시킴으로써 백 만년이 지난 뒤 국제종자저장고(Global Seed Vault)에 보관된 DNA로부터 디지털 정보를 얻을 수 있다”고 말했다. 다양한 실험적인 조건과 서로 다른 저장 기술을 시뮬레이션하기 위해 연구자들은 바이오 고분자 매트릭스(biopolymeric matrix) 내에 존재하는 필터 상에서 순수한 고체 상태의 DNA 샘플을 이용하거나 실리카 구에 존재하는 DNA를 4주 동안 다양한 습도 조건이나 온도 조건에 노출시켰다. 이 시간 내에 DNA의 상태가 체크되었다. 실험 결과, 실리카 내에서 캡슐화된 경우가 가장 결과가 좋았으며 이러한 방식으로 처리된 DNA가 온도 조건만 잘 맞다면 백만 년이 지난 뒤에도 에러없이 염기서열을 읽고 암호화할 수 있다는 사실을 보여주었다. 빈번한 정보의 저장을 위해 이 방법의 응용성을 입증하기 위해 연구자들은 예로 1291년 스위스 연방 헌장(Swiss Federal Charter)과 역학적인 정리들에 대한 방법(The Methods of Mechanical Theorems)에 대한 고대 아르키메데스의 영어번역문을 선택했다. 텍스트 파일의 문자 쌍들은 변형되어 결국 158개의 염기 서열이 만들어졌다. 이 염기들에는 원래의 정보와 함께 리드 솔로몬 암호(Reed–Solomon)가 추가되었다. 자연은 진화를 위해 유전적인 정보를 저장한다. 비슷하게 인간은 지식을 전달하기 위해 정보를 저장한다. 저장 기간이 100만년 정도 되면 저장 매체로 DNA를 이용하는 것이 매우 효율적이다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 “Grass, R. N., Heckel, R., Puddu, M., Paunescu, D. and Stark, W. J. (2015), Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes. Angew. Chem. Int. Ed.. doi: 10.1002/anie.201411378”을 참조하기 바란다. 그림: DNA에 코드화되어 저장된 디지털 정보 54d88bb73657d.gif http://phys.org/news/2015-02-long-term-storage-digital-dna.html