소개글
"양자 역학 DNA 복제"에 대한 내용입니다.
목차
1. DNA와 지능플랫폼 기술
1.1. DNA 응용 기술
1.1.1. DNA 컴퓨터
1.1.2. DNA 응용 기술 동향
1.2. 지능 플랫폼 기술
1.2.1. 뇌파신호 및 응용 기술 동향
1.2.2. 초연결 지능 플랫폼 기술
2. 양자역학적 관점에서 바라본 유전자 돌연변이 발생 원인 탐구
2.1. 서론
2.2. 이론적 배경
2.2.1. 돌연변이
2.2.2. 양자 터널링
2.2.3. 전이 상태 이론
2.3. 연구방법, 연구 결과 및 논의
2.3.1. 돌연변이 발생 원인
2.3.2. 양자 도약 유전자
3. 참고 문헌
본문내용
1. DNA와 지능플랫폼 기술
1.1. DNA 응용 기술
1.1.1. DNA 컴퓨터
현재 사용되고 있는 컴퓨터는 CPU(Central Processing Unit), 메모리 그리고 프로그램으로 구성된 폰노이만 구조이다. 이러한 방식의 컴퓨터는 프로그램에 의해 계산을 순차적으로 수행하며, 주소에 의해 메모리에 순차적으로 접근해서 데이터를 읽고 저장하는데, 고속 컴퓨터에서 이러한 순차적 처리 방법 때문에 병목 현상이 발생하는 문제점이 있다. 반면, 인간의 뇌는 많은 뉴런이 동시에 연산에 참여하는 병렬적인 계산 방식을 사용하며, 주소 기반이 아닌 연상 능력을 이용하여 문제를 해결할 뿐만 아니라, 에너지 소모도 거의 없다.
이러한 인간의 뇌의 동작 방식을 CPU에 적용한 것이 뉴로모픽(Nuromorphic)칩이다. 인텔은 2012년에 뉴로모픽칩 설계를 공개했으며, 2013년 퀄컴은 뉴로포픽칩과 유사한 제로스(Zeroth) 프로세서를 발표했다. 하지만, 이러한 뉴로모픽칩 또한 실리콘을 사용하기 때문에, 집적화에 따른 발열과 양자역학의 불확정성 원리에 의한 누전 등 많은 문제점을 내포하고 있으므로 성능의 한계가 존재한다. 따라서, 실리콘 컴퓨터 시대 이후를 대비하기 위하여 유전적 정보를 담고 있는 DNA를 컴퓨터에 적용하는 연구가 1994년 컴퓨터 공학자 아들만(Leonardo M. Adleman)에 의해서 시작되었다.
DNA 컴퓨터는 생체 분자를 이용하기 때문에 분자생물학 실험에서 사용하는 여러 가지 연산 도구를 사용한다. 이러한 연산 도구에는 하이브리드형성(Hybridization), 중합효소 연쇄반응(PCR: Polymerase Chain Reaction), 항체 친화력 반응(Antibody affinity), 여러 가지 효소(Enzyme)들이 포함된다. 이를 통해 기존의 컴퓨터에서 사용하는 사칙연산 연산자와는 달리 DNA 컴퓨터는 새로운 연산을 수행할 수 있다.
2013년 3월에 Stanford 대학의 드류 앤디(Drew Endy)가 이끄는 Bioengineer 팀이 트랜스크립터(Transcriptor) 개발을 발표하였다. 트랜스크립터는 DNA로 구성된 실리콘으로 비유하자면 트랜지스터 같은 장치이며, 기존의 컴퓨터 사칙연산과 같은 AND, OR, NOR 그리고 XNOR 등과 같은 연산 수행이 가능한 소자이다. 국내의 서울대학교 컴퓨터공학부 장병탁 교수는 DNA 컴퓨터를 만들어 인공지능의 성능을 향상하기 위한 인공지능 학습에 활용하고 있다.
DNA 나노 기술은, 4종류의 염기쌍들이 이중 혹은 삼중 수소 결합을 통해 안정적인 이중 나선 구조를 가지는 DNA 특성을 이용하여 나노미터 단위의 다양한 나노구 조물을 만드는 기술이다. 1980년부터 뉴욕대학교(NYU)의 네드리안 시만(Nadrian Seeman) 교수가 DNA 나노 기술 개발과 나노구조물을 만들기 위한 다양한 방법론적인 연 구를 수행하였으며, 많은 나노구조물을 구현하였다. 2006년에 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 폴 로데문드(Paul Rothemund) 교수가 개발한 DNA 오리가미(origami) 나노 기술은 스캐폴드(Scaffold)와 스테이플(Staple)을 이용하여 열풀림(Thermal annealing) 기법을 통해 나노구조물을 만드는 방법이다.
DNA 컴퓨터와 DNA 나노 기술은 실리콘 기반의 컴퓨터를 대체할 수 있는 미래 기술로 주목받고 있다. 아직 실용화 단계는 아니지만, 지속적인 연구개발을 통해 성능 향상과 실용화를 위한 노력이 이루어지고 있다. 향후 DNA 컴퓨터와 DNA 나노 기술이 더욱 발전하여 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.
1.1.2. DNA 응용 기술 동향
DNA 응용 기술 동향은 다음과 같다.
현대사회의 산업 발전에 따라 현대인들의 유전자는 과거에 비해 다양한 위협에 노출되고 있다. 오존층 파괴로 인한 자외선 노출, 담배연기 및 각종 발암물질 등으로 DNA가 손상되고 있다. 이렇게 끊임없이 발생하는 DNA 손상이 효과적으로 회복되지 않을 경우 치명적인 질병으로 이어질 수 있어 DNA 돌연변이 발생 원인을 규명하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다.
과거에는 돌연변이가 우연으로 인해 발생한다는 입장이...
참고 자료
네이버 지식백과 물리학백과 – 터널효과
[네이버 지식백과] 전이 상태 [transition state] (화학백과)
생명, 경계에 서다, 짐 알칼릴리 존조 맥패든 (서적)
벌거벗은 유전자, 미샤 앵그리스트 (서적)
리처드 도킨스의 진화론 강의: 생명의 역사, 그 모든 의문에 답하다, 리처드 도킨스 (서적)
자발적 진화: 인류의 경이로운 미래상을 펼쳐 보여주는 신생물학의 거대담론, 브루스 립튼, 스티브 베어맨 (서적)
the science times – DNA에 돌연변이 발생 타이머 있다?
돌연변이 나무위키
분자·세포생물학백과 – 호변이성체
동아사이언스 – 생명의 양자도약
네이처 - 새로운 환경에 대한 적응과 관련된 숨겨진 돌연변이의 역할
에너지 경관을 이용한 연구들
Research Using Energy Landscape (김학진, 2007)
the science times – 돌연변이 DNA, 원인 찾았다
