DNA 컴퓨터
1. 개요
DNA 컴퓨터는 기존 2진법 컴퓨터를 구성하는 연산방식인 0과 1의 조합이 아닌 DNA를 구성하는 A, C, G, T라는 4가지 요소를 사용해서 만든 컴퓨터를 의미한다.
컴퓨터는 전류의 안정성을 고려해서 0과 1의 2진법을 사용한다. 그러나 DNA 컴퓨터는 DNA의 이중나선 구조를 통해 A, C, G, T의 명확한 구분선을 가지고 있기 때문에 4진법을 안정적으로 사용할 수 있다. DNA를 이루는 염기인 아데닌은 티민과, 그리고 구아닌은 시토신과 만나면 결합하는데, 이 분자들의 자기조립능력을 이용한 컴퓨터가 DNA 컴퓨터이다.
2. 장점
이렇게 사용하는 코드가 늘어남에 따라 DNA 컴퓨터는 기존 컴퓨터에 비해 월등한 저장용량을 보유하게 되었고 정보를 A, C, G, T로 변경하여 모든 경우의 수를 병렬로 나열하여 처리할 수 있게 되었다. DNA 1그램에는 1조 개의 CD롬 용량에 준하는 정보를 담을 수 있을 정도이다. 또, 세포 내 효소 반응을 통해 컴퓨터를 운용하기 때문에 일반 컴퓨터에 비해 훨씬 적은 에너지 소비가 가능한 것이 특징이다.
3. 비판
오류가 생길 가능성이 높다는 비판도 있는데 실제로 컴퓨터 프로그램을 복사할 때 뭔가 오류가 생겨 한 비트가 잘못 복사되었다면 아마 99% 이상은 오동작(다운 또는 무한루프)을 일으킬 것이다. 반면에 DNA는 어떨까? DNA 복제를 담당하는 DNA 중합효소는 10만 번에 한번 꼴로 염기쌍 결함에 오류를 범하는데, 교정기능에 의하여 다시 한번 오류가 일어날 확률이 10만 분의 1로 줄어들게 된다. 따라서 $$10^{-5}$$ x $$10^{-5}$$ = $$10^{-10}$$(100억분의 1)의 확률로 복제의 오류가 발생한다. 그 확률은 100억분의 1로 매우 낮지만 사소한 오류가 큰 문제를 낳을 수 있기 때문에 간과해서는 안 된다. 또 단백질로만이 아니라 커다란 기계로 읽으면 훼손 확률이 높지 않겠는가?
저장공간을 일부 포기하고 정보 기록 형태를 손보거나 진보된 오류 개선, 재편집체를 구성해야 한다.
또 DNA 전사는 확률적으로만 이뤄지는데 원래 메틸화, 아세틸화로만 주먹구구식으로 조절되고 리보솜이 둥둥 떠다니다가 가까이 있는 DNA를 읽어 단백질을 만드는 형태이다. 이는 기존의 컴퓨터와 완전히 다르다. 컴퓨터는 선형적인 알고리즘 기반으로 구동되기 때문이다. 또 DNA가 꼬여 있다는 것도 큰 문제이다. 디스크는 회전만 시키면(회전운동은 기계에서 가장 쉬운 운동 중 하나이다) 다음 내용으로 넘어가는데 DNA는 그게 안 되고 즉각적인 접근성이 떨어진다.
4. 역사
DNA를 컴퓨터에 이용한다는 개념은 1993년 미국 MIT 대학의 에이드먼 교수가 처음 고안했다. 에이드먼 교수의 이론이 학계에 반향을 불러일으키면서 DNA 컴퓨터에 대한 본격적인 개발이 시작됐다. 1997년 미국 로체스터 대학교 연구팀은 DNA로 구성된 논리 회로를 만들었다. 또 미국 위스콘신 대학교 화학과 스미스 교수는 2000년 DNA 가닥들이 특수한 방법으로만 서로 결합한다는 점을 이용해 DNA 컴퓨터를 만들었다. 본격적인 DNA 컴퓨터 개발은 이스라엘에서 시작됐다. 이스라엘 와이즈만 연구소의 샤피로 박사는 2001년 초보적인 수준의 DNA 컴퓨터를 개발, 세계의 주목을 받았다. 2004년 4월 샤피로 박사는 이 DNA 컴퓨터에 전립선암과 폐암을 진단하고 치료하는 데 필요한 생물정보 분석 프로그램을 입력시켰으며 시험관 실험에서 성공적인 결과가 나왔다고 밝혔다.