그래핀 구조. 국제신문DB

1953년 왓슨과 크릭은 유전자의 본체인 DNA의 이중나선 구조를 밝혀냈다. DNA 이중나선 구조의 발견으로 전통 생물학은 분자생물학으로 급격하게 재편됐다. 오늘날에는 물리학과 화학, 공학과 융합되면서 촉망받는 21세기 학문분야 중 하나로 자리매김했다. 이제는 DNA가 새로운 컴퓨터의 세계를 열 만큼 공학에도 많은 영향을 미치고 있다. 그렇다면 왜 DNA와 IT 기술 융합이 시도되는 것일까?

DNA 컴퓨터는 말 그대로 DNA 분자를 이용하는 분자 컴퓨터다. 컴퓨터 공학자인 레오나르도 아들만이 1994년 고안해 냈다. 아들만은 DNA가 유전 정보를 전달하는 것이 마치 컴퓨터에서 정보가 처리되는 것과 비슷하다는 점에서 DNA 컴퓨터를 착안해 냈다.

DNA는 인산과 당, 염기로 구성된 뉴클레오타이드가 길게 결합한 분자로 A(아데닌), T(티민), G(구아닌), C(사이토신) 4가지 종류의 염기로 이루어져 있다. DNA 분자들은 스스로 조립되는 자기조립 능력, 다른 분자를 인식해서 결합하는 분자 인식 능력, 그리고 자기 복제 능력이 있어 정보를 전달하는 데 이용할 수 있다. 즉 실리콘 컴퓨터에서 '0'과 '1'을 이용해 2진수로 계산을 하듯 DNA에서는 A, T, G, C의 4개의 염기를 이용해 정보를 전달한다.

DNA 컴퓨터는 병렬적인 계산방식을 사용한다. DNA 분자 개개의 결합 속도는 느리지만 3차원으로 배열된 엄청난 수의 분자가 동시에 반응에 참여하는 병렬 연산을 통해 연산 속도를 얼마든지 높일 수 있다.

또 건조된 DNA 1g으로 CD 1조 장의 정보를 저장한다. 반도체 컴퓨터보다 전력소모가 매우 적다는 것도 DNA 컴퓨터의 매력이다. 아들만은 DNA 컴퓨터로 외판원 문제(외판원이 각 도시를 모두 경유하는 최소한의 경로를 찾는 문제)를 해결해 DNA 컴퓨터의 가능성을 증명했다. 아들만 이후 한동안 새로운 개념의 DNA 컴퓨터에 대한 연구가 활발하게 이루어졌지만 사실 이렇다 할 성과가 없었다. DNA 컴퓨터를 생각만큼 빠르게 만들기 어렵고 생화학적 분자들을 에러 없이 제어한다는 것이 쉽지 않기 때문이다.

하지만 DNA 컴퓨터는 단순히 빠른 연산을 하는 것 이상의 매력이 있기 때문에 최근 다시 주목받고 있다. DNA를 이용하면 실리콘을 대체할 수 있는 새로운 반도체 재료를 만들 수 있다. 그 재료는 바로 꿈의 신소재로 불리는 그래핀이다. 그래핀은 실리콘보다 100배 이상 전하를 잘 전달하면서도 강도가 우수하므로 차세대 반도체 재료로 주목받아 왔다. 하지만 원자 하나 두께인 그래핀을 원하는 형태로 만드는 일은 절대 쉽지 않다. 그래서 미국의 스탠퍼드대에서는 자연의 분자 조립자인 DNA를 이용해 그래핀 트랜지스터를 만들었다.

DNA 컴퓨터는 영화 '이너스페이스'에서와 같이 소형 잠수정을 타고 몸속으로 들어가 병을 치료하는 것을 실현해 줄 수도 있다. 정확하게 프로그램에 따라 세포를 찾아내 명령을 실행할 수 있기 때문에 정상 세포와 다른 암 세포를 발견하고 죽일 수 있다. DNA 컴퓨터는 사람의 질병을 진단하고 치료하는 나노로봇의 개념으로 발전할 가능성이 크다. 자연은 DNA를 만들어 냈고, 인간은 DNA로 새로운 컴퓨터의 세계를 열어가고 있다.

최원석 과학칼럼니스트

디지털뉴스부