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2004-05-02 22:07:29 | Hit : 4258 | Vote : 800

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DNA컴퓨터로 암정복 나선다

멕 라이언 주연의 영화 ‘이너 스페이스’(1987년작)는 사람이 잠수정을 타고 인체의 곳곳을 여행하며 악당인 바이러스들과 싸운다는 내용의 공상과학영화다. 인간의 몸 속에 들어가 바이러스 병균을 퇴치한다는 황당무계한 이 아이디어가 현실에서 실용화될 가능성이 높아졌다.

이스라엘 와이즈만연구소의 에후드 샤피로 박사는 네이처 최근호(4월29일자)를 통해 “세포 속에 극소형 생물분자컴퓨터를 넣어 전립선암과 폐암을 진단하고 치료하는 실험에 성공했다”고 발표했다. ‘극소형 생물분자컴퓨터’란 그동안 개발해오던 DNA컴퓨터를 말한다. 이에 따라 과학계에서는 예상보다 짧은 기간 안에 DNA컴퓨터의 개발이 가능할 것이라는 예측이 나오고 있다.

◇DNA컴퓨터의 원리=컴퓨터의 주기억장치(CPU)와 메모리를 DNA로 만든다는 뜻이다. 현재 우리가 쓰고 있는 실리콘반도체 컴퓨터는 전기가 이어지고(1) 끊어지는(0) 두가지 신호로 구성되어 있다. 그러나 DNA컴퓨터는 네가지 신호(A, T, C, G)로 구성되기 때문에 한꺼번에 많은 용량을 가질 수 있다.

또 DNA는 여러가지 반응이 한꺼번에 일어날 수 있는 특성을 갖고 있다. 기존 컴퓨터는 연산이 순차적으로 일어날 수밖에 없지만 DNA컴퓨터는 여러가지 연산을 한꺼번에 수행할 수 있다는 이점이 있다.

처음 DNA컴퓨터를 고안한 사람은 미국의 에이드먼 교수이다. 그는 1994년 사이언스 저널에 ‘여행하는 판매원’으로 알려진 수학문제를 DNA가 어떻게 풀어낼 수 있는지 발표해 주목을 받았다. 7개의 도시를 같은 길을 건너지 않고 가장 빠른 시간 안에 통과하는 방식에 대한 해법을 내놓았는데 DNA컴퓨터는 기존 컴퓨터에 비해 엄청나게 짧은 시간 안에 이 문제를 해결할 수 있었다.

에이드먼 교수의 이론이 학계에 반향을 불러일으키면서 DNA컴퓨터에 대한 본격적인 개발이 시작됐다. 97년 미 로체스터대학 연구팀은 DNA로 구성된 논리 회로를 만들었다. 논리연산을 수행하기 위해 DNA논리 회로들은 DNA코드에 의존한다. 입력된 정보를 유전학적 회로로 인식해 특정 부위는 연결하고 특정 부위는 연결하지 않는 특이성을 보인다. 이 논리 회로는 DNA마이크로칩의 초석이 될 것으로 기대됐다.

또 미 위스콘신대 화학과 스미스 교수는 2000년 DNA 가닥들이 특수한 방법으로만 서로 결합한다는 점을 이용해 DNA컴퓨터를 만들었다. ‘문제가닥’을 짧은 가닥들에 노출시킨 뒤 서로 맞물리게 하는 과정을 지속적으로 되풀이하자 컴퓨터의 용량이 훨씬 커지는 DNA컴퓨터 개발이 가능해졌다.

◇이스라엘 연구팀의 개가=본격적인 DNA컴퓨터 개발은 이스라엘에서 시작됐다. 샤피로 박사는 2001년 초보적인 수준의 DNA컴퓨터를 개발, 세계의 주목을 받았다. 이 컴퓨터는 1조개를 합쳐놓아도 크기가 물방울 하나밖에 안될 정도로 작지만 초당 10억회의 연산을 99.8% 정확도로 해낼 수 있었다.

이번에 발표된 샤피로 박사의 실험은 3년전에 개발했던 DNA컴퓨터의 성능을 보여줬다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 구체적으로 설명하면 샤피로 박사는 시험관 안에 인공적으로 합성한 DNA(컴퓨터칩에 해당)를 넣었다. 신호의 입력은 사람이 키보드로 하는 것이 아니라 생체물질인 메신저RNA(mRNA)가 담당한다.

시험관 안에 전립선암, 폐암과 관련된 유전자가 만들어내는 비정상 mRNA가 있으면 알고리듬에 따라 컴퓨터 회로가 작동해 항암제를 방출, 암을 치료하게 된다. 샤피로 박사는 “지금처럼 암 조직을 일부 떼어내 실험실에서 조직검사를 하는 것이 아니라 DNA컴퓨터가 세포 안에서 유전자 발현여부를 스스로 판단, 질병을 진단하고 치료하는 것”이라고 설명했다.

◇향후 전망=샤피로 박사의 실험에서 두가지 가능성을 엿볼 수 있다. 첫번째는 DNA컴퓨터가 기존 컴퓨터를 대치해 우리의 생활을 지배하는 것이다. 과학자들은 DNA 컴퓨터가 기존의 컴퓨터에 비해 소형화에 유리할 뿐 아니라 실행속도 면에서도 훨씬 빠르기 때문에 미래에는 실리콘 반도체 컴퓨터의 강력한 경쟁자로 떠오를 것으로 예상하고 있다. 그러나 현재 DNA컴퓨터는 액체 안에서만 작동한다는 한계를 갖고 있다. 또 DNA컴퓨터에 정보를 입력하는 장치, 연산결과를 눈으로 확인할 수 있는 출력장치도 개발돼야 한다.

두번째 가능성은 DNA컴퓨터를 질병 치료에 사용하는 것이다. DNA컴퓨터를 약처럼 몸 속에 투여하면 스스로 혈관을 타고 몸 속을 돌면서 세포 속의 질병 표지를 찾아내 치료한다는 것이다. 종양이 형성되기 전 초기단계의 암을 치료할 수 있을 뿐 아니라 암세포가 투약이 어려운 곳에 전이되어도 이를 찾아 공격할 수 있다.

그러나 아직 DNA컴퓨터의 치료는 세포 밖의 실험에만 성공했을 뿐 체내의 특이한 생물학적 환경에서 견뎌낼 수 있을지, 면역반응을 유발하지 않을지에 대해 의문이 남아있다.

〈이은정기자 ejung@kyunghyang.com〉

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