DNA 합성 기술의 최근 연구 동향

연세대학교 방두희 교수

1. DNA 합성 기술의 최근 연구 동향 개요
최근 개발된 DNA 마이크로어레이 합성법 및 차세대 염기서열 분석법의 개발은 유전정보 분석과정의 가속화 및 분석 결과로부터 도출된 가정의 검증과정을 가속화 하였다. 이로 인하여 최근 자연계에 존재하는 다양한 세포에 대한 유전체 정보뿐만 아니라, 인간 유전체 분석을 통한 질병관련 변이 정보까지 빠르게 분석 및 축적되고 있다. 합성 생물학 분야에서는 이렇게 축적된 정보들을 가공하여 연구자들이 원하는 형질을 갖는 단백질 생성, 유전체 교정과 합성을 통한 대사경로 조작 등 다양한 연구들이 진행되어왔다. 최근 DNA 합성 분야 연구동향 리뷰를 통해 DNA를 이용한 정보저장 연구, 에러가 없는 고순도 DNA 올리고의 합성을 위한 기반 기술의 개발 동향, 그리고 이들을 바탕으로 한 세포의 유전체 합성에 관한 연구 동향을 리뷰하고자 한다.

2. DNA를 이용한 정보저장 연구 현황
DNA는 gram당 petabyte(1015)의 정보를 저장할 수 있는 높은 집적도를 가졌으며, 백 만년 이상을 에너지 없이 정보저장 가능한 높은 내구성 등으로 인해 최근 안정적인 정보 저장매체로서 관심을 받기 시작하였다 (그림 2). 즉, DNA를 이용해서 정보를 저장하고, 이를 시퀀싱을 이용하여 해독하는데, 여기에서 저장되는 정보는 생명 정보에 한정되지 않고, 책, DVD 등 전자 저장 매체가 저장하는 정보를 포괄 할 수 있다. 하지만 높은 GC 빈도를 갖는 DNA서열이나 같은 서열이 반복되는 경우(repeat sequence, homopolymer) 합성이 어렵고, 추후 정보를 복제 혹은 해독 하는 과정에서 오류가 발생할 위험이 높다. 또한 DNA 합성, PCR을 통한 정보 증폭 혹은 복제, DNA의 분해 등과 같은 과정에서 각 DNA분자들 사이에 상대적 빈도차이가 발생할 수 있다. 이를 통해 특정 정보를 갖는 DNA서열의 빈도가 적어질 경우 해당 정보를 회수하지 못하는 상황이 생길 가능성이 존재한다.