생물학적·인공적 정보를 살아있는 세포 내에서 처리하고 저장할 수 있도록 DNA를 역동적인 기록 매개체로 활용하는 기술

생물시스템의 분자적인 현상과 정보를 DNA에 기록하고 저장함으로써 생명현상을 이해하는데 큰 도움이 될 뿐만 아니라 질병치료, 품종개량 등 실용적인 면에서도 활용 가능

향후 5년 : 시판기기를 이용해 상용화가 가능한 수준의 생산성과 경제성을 가진 DNA 생합성 및 염기서열결정 기술개발실용화를 위한 DNA 기록기술 최적화

향후 10년 : 합성 올리고뉴클레오티드 재구성을 통한 arbitrary genetic instruction sets 구축새로운 기능성 단백질을 활용한 보다 효율적인 DNA 기록기술 개발

DNA 기록기술

- 정밀DNA기록기(precise writer)와 의사임의기록기(pseudorandom writer) 개발 및 이의 활용

- 이론적 최대 저장용량 : 455 exabytes / ssDNA 1그램

DNA 기록기술을 활용한 분자레코딩 기술개발

- 세포집락 또는 개별세포가 가지고 있는 유전체 DNA에 정보를 안정적으로 기록/보관

- 세포에 전달되는 신호역동성의 히스토리를 항구적인 DNA 기록으로 전환

자연에 존재하는 DNA 해독기(DNA reading enzyme) 및 기록기(DNA writing enzyme)의 발굴 및 기능 향상

- 천연 효소의 발굴과 단백질공학을 통한 기능성 향상

DNA 읽기(DNA reading) 시대에서 DNA 쓰기(DNA writing) 시대로 전환되고 있으며, 특히 비용절감을 수반한 DNA 염기서열 분석의 고속화에 따라 DNA는 인공적으로 생산된 생물정보의 저장을 위한 이상적인 매체로 부상 - 개념정립 단계의 기술로 바이오 분야의 첨단기술을 바탕으로 정립된 신규 유망기술로서, 기초 생명과학, 의료, 농업 등에 미치게 될 영향을 고려할 때 체계적인 육성이 필요

의도하는 특성을 지닌 기존/신규 메모리 아키텍쳐(memory architecture) 개선 및 개발

- 기록용량, 확장성, 견고성, 적합성, 세포내 자원의 소비, 기록주기, 해상도, 기록 카이네틱스 등 새로운 메모리 아키텍쳐 개발

균체가 접촉한 경험이 없는 바이러스를 포함한 모든 바이러스에 내성을 나타내도록 유전체의 321개 부위가 변형된 대장균 개발

수정란에 복수개의 CRISPR 유전자변형 타겟을 설정하고 발달과정에서 이들의 유전자 변형 기록을 추적하여 세포의 발달/분화 단계를 추적(2017)

2개로 나누어진 DNA writer를 활용하여 단백질간의 상호작용의 역동성을 대단위로 기록하여 세포의 분자상호작용을 폭넓게 이해함

연관분야의 연구를 진행하는 연구자들이 활동하고 있으나, 국제적으로 연구를 선도하는 뚜렷한 업적이 도출된 팀은 저조

- DNA 기록기술에 핵심 연관기술인 유전자 편집기술 관련하여 IBS 유전체 교정연구단(김진수 단장) 연구팀이 2013년 세계 최초로 크리스퍼 가위를 활용해 인간세포의 유전자 교정에 성공하는 등 경쟁력을 보유

출연(연), 대학 등에서 뇌지도 작성과 같은 연관분야의 연구를 수행하고 있으나, 많은 경우 직접적인 관련성은 낮은 수준

DNA와 관련된 난치성 질병치료, 작물과 가축의 품종개량 등에 활용할 수 있는 기반기술로 범용적 가치 보유글로벌 NGS(차세대유전체시퀀싱) 시장 규모는 2013년 16억달러 - 2018년 33억달러로 5년간 2배 이상의 성장 전망 * 출처 : Markets and Markets, ‘Next Generation Sequencing Market’ 2015글로벌 크리스퍼 시장은 2014년 약 2억 달러(약 0.2조원)에서 연평균 성장률 36.2%로 성장하여 2022년 23억 달러(약 2.5조원)로 확대될 전망 * 출처 : 생명공학정책연구센터, 글로벌 크리스퍼 시장 현황 및 전망, 2016

생물시스템의 분자적인 현상에 대한 지금까지의 단편적 이해를 넘어 현상의 시공간 변화, 기간, 진행순서, 강도 등을 수집하고, 기록하고, 저장할 수 있어 지금까지 규명이 불가능했던 근본적인 생명현상의 신비를 이해하는 데에 기여이를 기반으로 바이오 분야 과학과 기술의 상호혁신을 통해 다양한 글로벌 난제를 해결할 수 있을 것으로 기대

DNA 기록기술/분자레코딩 기술은 유전자 편집기술 등 핵심적인 요구기술이 종합되어야 실현이 가능하기 때문에 이와 관련된 국내 산학연의 보유역량을 융합하고 결집할 필요국제특허 출원 등 국제경쟁력의 확보를 위해 신속한 대응 필요

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