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NCSU的研究人员报告说,使基于DNA的存储更加实用

RALEIGH - 北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了基于DNA的信息存储系统中标记和检索数据文件的新技术,解决了广泛采用DNA数据的两个主要障碍存储技术。

“DNA系统因其潜在的信息存储密度而具有吸引力;理论上它们可以存储在相当大小的传统电子设备中存储的数据量的十亿倍,“James Tuck说道,他是该工作论文的共同撰稿人,也是北卡罗来纳州电气和计算机工程副教授。[ 123]

“但这里面临两大挑战e,您如何识别包含您正在寻找的文件的DNA链?一旦你识别出这些链,你如何去除它们以便它们可以被阅读 - 并且这样做而不会破坏它们?“

”以前的工作已经提出了一个简单的,20个单体的系统DNA序列的长序列称为引物结合序列,存储信息的DNA链的末端,“该论文的共同通讯作者,北卡罗来纳州化学和生物分子工程助理教授Albert Keung说。 “您可以使用与相应引物结合序列匹配的小DNA引物来鉴定包含所需文件的合适链。但是,估计只有30,000种这些结合序列可用,这不足以实际使用。我们希望找到克服这种限制的方法。“

为了解决这些问题,研究人员开发了两种技术,它们一起称为DNA富集和嵌套分离,或DENSe。

研究人员使用两个嵌套的引物结合序列解决了文件识别挑战。系统首先识别包含初始结合序列的所有链。然后,它对该子集的子集进行第二次“搜索”,以挑出那些包含第二个绑定序列的链。

“这将估计的文件名数量从大约30,000增加到大约9亿,”Tuck说。

一旦确定,仍然需要提取文件。现有技术使用聚合酶链式反应(PCR)制备大量(和大量)相关DNA链的拷贝,然后对整个样品进行测序。因为有很多拷贝的靶DNA链,它们的信号会压倒样品中其余的链,从而可以识别靶DNA序列并读取文件。

“这种技术效率不高如果你试图从高容量数据库中检索数据,它就无法工作 - 系统中存在太多其他DNA,“Kyle Tomek博士说。 NC州的学生和该论文的共同主要作者。

因此研究人员采用了不同的数据检索方法,将几个小分子标签中的任何一个附加到用于识别靶DNA链的引物上。当引物找到ta时rgeted DNA,它使用PCR制作相关DNA的拷贝 - 并将拷贝附加到分子标签上。

研究人员还利用涂有分子的磁性微珠,这些分子与给定标签特异性结合。这些功能化的微珠“抓住”靶DNA链的标签。然后可以用磁铁回收微珠,用它们带来靶DNA。

“这个系统允许我们检索与特定文件相关的DNA链,而不必为每条链制作许多拷贝,同时也保存原始DNA链在数据库中,“Keung说。

”我们已经使用样本文件实验性地实现了DENSe系统,并且已经证明它可以用于存储和检索文本和图像文件,“强补充道。

[“这些技术在串联使用时,为开发具有现代容量和文件访问功能的基于DNA的数据存储系统打开了大门,”Tomek说。

“接下来的步骤包括扩展和测试DENSe采用更大的数据库方法,“塔克说。 “成本面临巨大挑战。”

论文“驱动基于DNA的信息存储系统的可扩展性”发表在ACS Synthetic Biology期刊上。该论文的共同主要作者是Kevin Volkel,博士。 NC州的学生。该论文由北卡罗来纳州立大学前研究生Alexander Simpson共同撰写。和奥斯汀哈斯和Elaine Indermaur都是北卡罗来纳州立大学的本科生。

这项工作是在国家科学基金会的资助下完成的,资助号为1650148.

[12]3](C)NCSU

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