영화 ‘스파이더맨’, 주인공 피터는 거미에게 물린 후 거미의 유전자와 섞이면서 초능력을 갖게 된다. 인간이 거미의 특성을 갖게 된 것이다. 이렇게 생물체의 다양한 특성들은 유전물질인 DNA로부터 기인한다.

1953년 4월 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 과학잡지 ‘네이처’에 발표함으로써 생명체가 가지는 엄청난 양의 정보와 시공간을 뛰어 넘는 생명유전을 설명할 수 있게 되었다. 그 후 60년간 유전학 분야에는 무슨 일이 일어났는가?

과학자들은 DNA의 구조로부터 모든 생명현상의 정보는 DNA에 담겨 있고 DNA는 단순한 화합물인 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)의 4개의 염기로 구성되며, 4개의 염기 중 3개가 결합된 암호에 의해서 20개의 아미노산을 선택하여 연결하면 특정 단백질을 생체 내에서 만들 수 있음을 알게 되었다.

또한 생명정보 DNA를 자유롭게 자르고 붙일 수 있는 기술과 무한히 합성할 수 있는 중합효소 연쇄반응(PCR) 기술이 개발되어 극미량의 DNA을 얼마든지 확대·생산하여 자유롭게 활용할 수 있게 되었다. 생명체의 복제, 범인의 흔적, 친자 확인 등은 이제 일상의 기술이 되고 있는 것이다.

생명정보 DNA를 읽는 기술도 급속히 발전하였다. 예를 들어 과거 사람의 30억 쌍의 DNA서열을 읽기 위하여 약 3조원의 비용으로 5년 이상 걸렸던 것이 DNA 염기서열 분석 기술의 발전으로 현재는 단 하루 만에 1천만 원이면 가능하고 향후 수년 안에 1백만 원 아니 수십만 원으로도 가능한 시대를 기대하고 있다.

그처럼 쉽고 빠르게 DNA 서열을 읽고 분석할 수 있다면 개개인의 유전자 서열에서 특정질병에 약한 부분을 알아 미리 주의하여 예방을 할 수도 있게 되고, 또한 질병에 대한 특성을 살펴봄으로써 부작용이 전혀 없고 치료효율이 높은 개인 맞춤형 치료약의 개발도 가능할 것이다. 이른바 치료나 예방약도 개인 맞춤시대가 되는 것이다.


DNA의 정보암호화 기능을 활용해 DNA컴퓨터도 개발되었다. DNA가 아미노산을 암호화할 때 3개의 코드를 이용한다는 사실을 이용해 2진법의 현재 컴퓨터를 3진법으로 발전시켜서 DNA 1그램에 50만 장의 DVD를 저장할 수 있는 획기적 DNA컴퓨터가 그것이다.

DNA뿐 아니라 최근 RNA에 대한 연구도 활발하다. RNA 중에서 단백질을 만들지 않는 21~25개의 염기로 구성된 작은(small) RNA는 유전자 발현 과정에 관여하여 생체조절에 핵심적인 역할을 하고 있다. 이제 DNA에서 RNA 분야로 생물학적인 확대와 더불어 생물에서 모든 사업 분야로 학문 분야의 확대를 의미한다,

DNA 구조와 서열 데이터로부터 병충해에 강한 옥수수, 색깔을 가진 면화, 유통이 쉬운 단단한 토마토의 개발이나 휘발유를 대체할 수 있는 바이오에탄올 생산용 식물체의 개발은 우리의 삶을 풍부하게 만들었다. 생물체를 마치 화학공장이나 정유공장처럼 이용하거나 생물체의 대사를 DNA 회로화하여 생산성을 극대화하거나 하는 기술의 실용화는 고갈되어 가는 지구의 화석자원을 대체하는 중요 기술일 뿐만 아니라 심각하게 제기되는 환경문제를 해결할 수 있을 것이다. 이 모든 큰 변화는 DNA 이중 나선구조의 발견으로부터 시작된 후 60년 동안의 일이다.

DNA 구조 발견 60주년이 되는 올해는 신정부가 들어서고 과학기술을 주도할 미래창조과학부가 신설된다. 우리는 과거 60년의 유전학적 혁신을 지켜보았다. 그렇다면 미래 60년을 위해 무엇을 준비하여야 하는가?

첫째, 생물 DNA 서열의 분석과 활용은 정보처리 능력에 달려 있다. 따라서 향후 생명공학 경쟁력은 유전 정보처리에 있다. 눈덩이처럼 쌓인 DNA 데이터와 값싼 유전체 해독기술은 수많은 인간의 유전체 해독 자료가 쌓일 것이므로 앞으로는 빅 데이터(Big data) 처리 기술을 동원해야 할 것이다. 이 분야는 발전된 IT기술과 BT기술을 가진 우리나라의 강점 분야이다. 한국인의 장점을 살려서 생물정보학 분야에 투자를 아끼지 말아야 할 것이다.

둘째, 대한민국의 고유 생물다양성을 기반으로 유전자원의 확보, 보존 및 활용에 크게 노력해야 할 것이다. 누가 우리나라를 자원 빈국이라고 했는가? 1차 산업에 해당하는 자원은 없다고 할지 모른다. 하지만 생물다양성 측면에는 다르다. 우리 고유의 유전자원이 무엇인지 적극적으로 찾아내고 이를 우리의 것이라고 공표해야 한다.

셋째, DNA 활용기술을 다양한 IT, NT. ET. CT 등 다른 기술 분야와 적극적으로 융합하여 혁신적인 새로운 기술을 개발하는 것이다. 창조과학기술시대에 DNA 기술을 기초기반 기술로 활용하는 것이다. DNA는 스스로 결합하는 ‘자기조립’ 능력을 지닌다. 이는 정보량도 월등해 프로그래밍이 가능하고, 무한 복제도 가능하다. 이런 특성을 잘 활용해 완전히 새로운 패러다임을 실현하는 컴퓨터가 바로 DNA 컴퓨터다.

DNA 컴퓨터를 이용해 1천억 개의 DNA 분자로 신경계와 비슷한 복잡한 정보처리망인 ‘초상호작용(Hypernetwork)’이라고 하는 연구가 이뤄지고 있으며, 최근 들어 나노기술(NT), 바이오기술(BT), 정보기술(IT)과 접목된 융합기술로 발전하고 있다. 과거 60년의 DNA 혁신을 보며, 미래 60년 후를 생각하는 것보다 다가오는 6년 후에 일어날 바이오 혁신에 의한 새로운 세상의 주인이 될 준비를 해야 할 때이다.