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노스캐롤라이나 주립대학교(North Carolina State University) 연구팀이 DNA 데이터 저장 시스템에 대한 근본적으로 새로운 접근 방식을 개발하여 사용자가 데이터 파일을 손상시키지 않고 읽거나 수정할 수 있는 기능을 제공하며 실제 사용을 위해 시스템을 쉽게 확장 할 수 있게 함. 기존 DNA 데이터 저장 시스템의 대부분은 저장된 파일에 접근하기 위해 중합 효소 연쇄 반응(PCR - Polymerase Chain Reaction)에 의존하는데, 이는 정보를 복사하는 데 매우 효율적이지만 몇 가지 중요한 문제를 유발함. 연구팀은 PCR에 의존하지 않는 DORIS (Dynamic Operations and Reusable Information Storage)라는 시스템을 개발했으며 이는 DNA 데이터 저장 기술의 실제 구현에 직면한 주요 장애물을 해결하는 데 도움이 되었음. DNA 데이터 저장 시스템은 비슷한 크기의 기존 시스템보다 훨씬 더 많은 정보를 보유 할 수 있음. 그러나 기존 기술은 실제 구현과 관련된 다양한 문제를 해결하기 위해 고심하고 있음. 현재의 시스템은 정보를 저장하는 DNA 가닥의 끝에 추가되는 프라이머-결합 서열이라 불리는 DNA의 서열에 의존함. 요컨대, DNA의 프라이머-결합 서열은 파일명으로 사용됨. 주어진 파일을 원할 때, 그 서열을 갖는 DNA 가닥을 검색하는 것임. DNA 데이터 저장 기술에 대한 많은 실질적인 장벽은 저장된 데이터를 검색하기 위해 PCR을 사용하는 것과 관련이 있음. PCR에 의존하는 시스템은 이중 가닥 DNA를 찢어 내고 프라이머-결합 서열을 나타내기 위해 저장된 유전 물질의 온도를 급격히 상승 및 하강시켜야함. 그 결과 모든 DNA (프라이머 결합 서열 및 데이터 저장 서열)가 일종의 유전자 수프에서 자유롭게 유영하게 됨. 기존 기술은 수프를 분류하여 PCR을 사용하여 관련 DNA를 찾고 검색하고 복사 할 수 있음. 온도 변동은 실제 기술을 개발하는 데 문제가 있으며, PCR 기술 자체는 검색중인 파일의 원본 버전을 점차적으로 소비하여 고갈시키게 됨.

반면에 DORIS는 이중 가닥 DNA를 프라이머 결합 서열로 사용하는 대신 단일 가닥 DNA로 구성된 "오버행"을 사용함. 실제로 데이터를 저장하는 이중 가닥 DNA 뒤에 흐르는 꼬리처럼 사용함. 전통적인 기법은 관련 프라이머 결합 서열을 찾기 위해 DNA를 찢어 열기 위해 온도 변동이 필요했지만, 단일 가닥 오버행을 사용한다는 것은 DORIS가 이중 가닥 DNA를 방해하지 않으면서 적절한 프라이머 결합 서열을 찾을 수 있음을 의미함.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Dynamic and scalable DNA-based information storage") 지에 게재됨