종이접기 하듯 DNA 접어 버섯·클로버 만든다

설계도(위)에 따라 3차원 DNA 구조물을 제작해 현미경으로 관찰했다. 미국 듀크대와 애리조나주립대 등 공동연구팀이 DNA를 이용해 나노미터 수준으로 작은 3차원 구조물을 만드는데 성공했다. 애리조나주립대 제공

머리카락의 10만 분의 1 크기의 DNA 가닥을 접어 버섯·클로버 등 다양한 구조를 만들 수 있는 기술이 나왔다. 약물전달체나 태양전지 소재를 만드는 데 도움이 될 전망이다.

미국 듀크대와 애리조나주립대 등 공동연구팀은 마치 종이접기를 하듯 나노미터 수준의 DNA 분자를 이용해 3차원 구조물을 만드는데 성공해 국제학술지 '사이언스 어드밴시스' 12월 23일(현지시간)자에 발표했다.

DNA는 아데닌(A), 구아닌(G), 티딘(T), 시토신(C) 등 네 개의 뉴클레오티드로 이뤄져 있는데 A는 T와, G는 C와 결합하는 특성이 있다. 뉴클레오티드의 종류에 따라 서로 결합하는 각도와 방향이 달라지며 제각기 다른 3차원(3D) 구조를 만들어낸다.

연구팀 DNA를 재료로 원하는 모양의 3차원 구조물을 설계할 수 있는 소프트웨어(DNAxis)를 개발했다. 이 소프트웨어는 사용자가 원하는 모양을 입력하면 그에 맞는 뉴클레오티드를 계산해 제작한 뒤 DNA 염기서열을 선별·합성해 조립한다. 예를 들어 버섯 모양의 설계도를 입력하면 구조가 버섯 형태로 조립될 수 있도록 DNA 염기서열을 구성한 뒤 이를 시험관 내에서 조립하는 식이다.

연구팀은 이 소프트웨어를 활용해 버섯, 클로버, 원뿔, 조롱박 등 다양한 형태의 DNA 구조물을 만들어냈다. 이 구조물들은 약 13nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)보다 작았다. 대니얼 푸 듀크대 박사과정생은 "(뉴클레오티드의 개수가) 너무 적거나 잘못된 위치에 있으면 구조가 올바르게 만들어지지 않는다"며 "소프트웨어를 개발하기 전에는 DNA의 모양과 곡률을 계산하기 어려웠다"고 말했다.

존 레이프 듀크대 컴퓨터공학과 교수는 "이 프로그램은 12시간 이내에 DNA 구조물을 만들 수 있다"며 "3D 구조의 설계를 자동으로 만들어준다는 점에서 큰 의의"라고 말했다. 하오 얀 애리조나주립대 교수는 "이 소프트웨어를 활용하면 약물전달체나 태양전지·의료영상기기에 활용할 수 있는 금속나노입자도 만들 수 있다"고 말했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]