최초의 디지털 코딩된 합성 고분자 개발 :: 전체

일련의 연구자들이 합성 고분자(synthetic polymer) 위에 이진코드(binary code)를 기록하는데 성공했다. 엄청난 양의 유전적인 정보가 DNA에 저장될 수 있다는 점에 착안하여 프랑스 국립과학연구소(Institut Charles Sadron de Strasbourg (CNRS))와 엑스 마르세유 1대학(Institut de chimie radicalaire (CNRS/Aix Marseille Universite))의 연구자들이 합성 고분자 상에 다양한 비트(bit)로 이루어진 메시지를 만들어내고 이를 읽어내는데 성공했다. 이들의 연구 결과는 Nature Communications on May 26, 2015에 게재되었다.

34억 개의 염기쌍을 지닌 인간의 DNA는 작은 공간에 엄청나게 많은 정보를 다룰 수 있다. 저장된 정보는 모두 A, T, G, C의 염기를 통해 표현된다. 연구자들은 이미 이진코드를 만들어내기 위해 이 다양한 분자 빌딩 블럭의 염기서열 해독을 이용한 바 있다. 하지만 DNA가 지닌 기술적인 한계로 인해 보다 저렴하고 유연성이 있으며 이진코드를 잘 저장할 수 있는 합성고분자를 개발하게 되었다. 이번 연구는 CNRS와 엑스 마스세유 1대학의 연구자들에 의해 처음으로 수행되었다.

DNA가 지닌 염기 대신에 이번 연구에서는 연구자들이 이 모노머(monomer)를 이용했다. 이 두 개의 모노머들은 각각 이진코드인 0과 1을 나타내며 합성되는 동안에 각각 교환되며 이용될 수 있다. 또한 세 번째의 나이트로옥사이드(nitroxide)가 이 이진코드 사이에 삽입되어 코딩된 서열의 읽고 쓰기를 가능하게 한다.

짧은 이진코드 메시지는 수동으로 성장하고 있는 모노머에 다른 모노머를 생산함으로써 변환이 가능하다. 이 작업은 대략 하루 가량 걸리지만 일단 자동화되면 보다 빠르게 진행될 수 있다. 기호화된 암호를 해석하는 것은 DNA가 수십 년 동안 해석되어 온 것과 마찬가지로 염기서열에 의해 결정된다. 질량분석기를 이용해 이 과정 역시 5분 이내에 이루어질 수 있으며 향후 더 빨라질 수 있을 것으로 예상된다.

시스템적으로 이들의 염기서열을 분석하는 과정에서 그 고분자들은 파괴되지만 이들은 또한 60도 이상의 온도나 레이저에 의해 노출되는 경우 파괴되어 그 정보를 분석할 수 없게 된다. 하지만, 연구자들은 상온에서는 이 정보들이 몇 달 동안 보관이 가능하며 심지어는 주어진 분자의 안정성에 따라 몇 년까지도 안전하게 보관될 수 있다고 말하고 있다.

연구자들은 3-5년 이내에 몇 킬로바이트, 혹은 몇 메가바이트 수준의 정보를 저장할 수 있기를 바라고 있다. CNRS에 의해 특허 등록된 이 기술은 또한 단 기간 내에 분자 바코드(molecular barcode)의 개발을 가능하게 할 것으로 보인다. 염기서열은 고가의 제품이나 의료 장비에 있어 변조가 극히 어려운 라벨링을 가능하게 한다. 아직은 몇몇 실험실이나 관련 파트너들에 의해서만 알려져 있기 때문에 이 단량체나 암호 코드를 이용한 라벨링은 위조나 변조가 거의 불가능하다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 "Design and synthesis of digitally encoded polymers that can be decoded and erased." Nature Communications 6, Article number: 7237 DOI: 10.1038/ncomms8237을 참고하기 바란다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』