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후성 유전체 비트(Epi-bits)를 활용한 DNA 기반의 데이터 저장 기술

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-19

◆︎ 데이터 저장 문제가 심화되는 상황에서 DNA에 데이터를 저장하는 기술을 주목

○ 전 세계적으로 정보 생산량이 급증, 엄청난 전력을 소모하는 데이터 센터 구축에 부담이 가중됨에 따라 새로운 대안 기술에 관심이 집중

- 기존 디지털 저장 방식(하드 드라이브, SSD, 클라우드 서버 등)은 물리적 저장 한계와 유지 비용 상승 문제에 봉착

- 더욱이 기존 저장 매체는 상대적으로 짧은 수명(수십 년 이내)과 데이터 손실 문제 발생 가능

※ 스마트폰, 소셜 미디어, 전자상거래, 과학 연구 등의 급속한 발전으로 인해 매년 제타바이트(1제타바이트 = 1021바이트) 규모의 데이터가 생성

○ DNA는 전원 없이 작은 공간에 고밀도의 데이터를 안정적으로 장기간 보관할 수 있어 차세대 데이터 저장 기술로 주목

- 이론상 DNA 1g(연필 지우개 크기)에 약 215PB(노트북 1,000대에 저장된 데이터 용량)의 데이터를 모두 담을 수 있으며, 전원 없이 수천 년간 안정적으로 저장 가능

○ 이처럼 생명 정보를 저장하는 DNA는 저장밀도·수명·에너지 측면에서 실리콘 기반 데이터 저장 기술을 초월하나, 기존의 DNA 합성 방법(de novo synthesis)으로 대규모 데이터를 저장하는 데에는 속도와 비용 면에서 한계가 있는 상황

○ 최근 북경대 연구팀이 DNA 서열을 합성하는 번거로움 없이 DNA에 디지털 정보를 획기적인 속도로 저장할 수 있는 새로운 기술을 개발

- DNA 합성법 대신 메틸화라는 후성유전체 변이를 모방하여 후성유전체 비트(Epi-bits)를 인코딩하는 고속·저비용의 저장법을 개발

◆︎ 연구팀은 DNA의 에피제네틱 수정(epigenetic modification)*을 활용하여 분자 수준의 병렬 데이터 저장 시스템(후성 유전체 비트, Epi-bits)을 제안

* DNA 염기서열은 변형하지 않고 메틸기(CH₃) 등을 부착하는 방식으로 유전자 발현을 조절하는 현상

○ 메틸화(methylation)라는 자연적 후성유전체 변이 방식을 모방하여 DNA 서열의 특정 부위(CpG 사이트)에서 사이토신(C)이 메틸화되는 방식으로 데이터를 저장

- 데이터를 저장할 DNA 템플릿 (template)에 미리 합성된 DNA 조각 (브릭, brick)을 부착하는 방식으로 정보를 인코딩

- 각 DNA 브릭은 특정 서열을 가지고 있으며, 특정 위치에서 메틸화를 유도할 수 있도록 설계

※ 메틸화된 CpG 사이트 → ‘1’, 메틸화되지 않은 CpG 사이트 → ‘0’

< 메틸화(-CH3)를 통해 후성유전체비트(Epi-bits)를 DNA에 프린팅하는 방법 >

출처 : Nature News, ‘Do-it-yourself’ data storage on DNA, 2024.10.24.

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