Nuwe benadering tot DNA data stoor maak stelsel meer dinamiese, skaalbare

"Die meeste van die bestaande DNA data stoor stelsels staatmaak op polimerase kettingreaksie (PCR) om toegang gestoor lêers, wat is baie effektief by die kopiëring van inligting, maar bied 'n paar groot uitdagings," sê Albert Keung, mede-ooreenstemmende skrywer van 'n referaat oor die werk . "Ons het 'n stelsel genaamd Dynamic Bedryf en herbruikbare inligting stoor, of Doris, wat nie staatmaak op PCR ontwikkel. Dit het ons gehelp om te spreek sommige van die sleutel struikelblokke in die gesig staar praktiese implementering van DNA data stoor tegnologie." Keung is 'n assistent-professor van chemiese en biomolekulêre ingenieurswese aan NC State.

DNA data stoor stelsels het die potensiaal om in die hande ordes meer inligting as bestaande stelsels van vergelykbare grootte. Tog het die bestaande tegnologie gesukkel om 'n reeks van kommer met betrekking tot praktiese implementering aan te spreek.

Huidige stelsels staatmaak op rye van DNA genoem primer-bindende rye wat bygevoeg word tot in die uithoeke van DNA stringe wat winkel inligting. In kort, die primer bindend volgorde van DNA dien as 'n lêernaam. Wanneer jy 'n gegewe lêer wil, haal jy die stringe van DNA met daardie volgorde.

Baie van die praktiese hindernisse tot DNA data stoor tegnologie sentreer rondom die gebruik van PCR om gestoor data te herwin. Stelsels wat staatmaak op PCR moet drasties verhoog en verlaag die temperatuur van die gestoor genetiese materiaal ten einde die dubbelstring-DNA uitmekaar rip en openbaar die-primer bindend volgorde. Dit lei tot al die DNA, die primer bindend rye en die data-berging rye, swem gratis in 'n soort van genetiese sop. Bestaande tegnologie kan dan sorteer deur middel van die sop te vind, te herwin en kopieer die betrokke DNA met behulp van PCR. Die temperatuur swaaie is problematies vir die ontwikkeling van praktiese tegnologie, en die PCR tegniek self geleidelik verbruik, of gebruike up, die oorspronklike weergawe van die lêer wat word opgespoor.

DORIS neem 'n ander benadering. In plaas van die gebruik van dubbel-DNA as 'n primer bindend volgorde, DORIS gebruik van 'n "oorhang" wat bestaan ​​uit 'n enkel-string DNA, soos 'n stert wat strome agter die dubbelstring-DNA wat eintlik winkels data. Terwyl tradisionele tegnieke wat nodig is temperatuurskommelinge te rip oop die DNA ten einde die betrokke-primer bindend rye te vind, met behulp van 'n enkel-gestrand oorhang beteken dat DORIS die toepaslike primer bindend rye kan vind sonder die dubbelstring-DNA ontstellend.

"Met ander woorde, DORIS kan werk teen kamertemperatuur, maak dit baie meer haalbaar om DNA data bestuur tegnologie wat lewensvatbaar in die werklike wêreld scenario's is ontwikkel," sê James Tuck, mede-ooreenstemmende skrywer van die papier en 'n professor in elektriese en rekenaaringenieurswese aan NC State.

Die ander voordeel van nie hoef te rip uitmekaar die DNA stringe is dat die DNA-volgorde in die oorhang dieselfde as 'n reeks gevind in die dubbel-gestrand streek van die data lêer self kan wees. Dit is moeilik om te bereik in PCR-gebaseerde stelsels sonder om afbreuk inligting digtheid, omdat die stelsel nie in staat sou wees om te onderskei tussen-primer bindend rye en data-berging rye.

"DORIS stel ons in staat om aansienlike verhoging van die inligting digtheid van die stelsel, en maak dit ook makliker om te vergroot om werklik groot databasisse hanteer," sê Kevin Lin, eerste outeur van die papier en 'n Ph.D. student aan NC State.

En een keer DORIS die korrekte DNA volgorde geïdentifiseer, beteken dit nie staatmaak op PCR te maak van afskrifte. In plaas daarvan, DORIS transkribeer die DNA na RNA, wat dan reverse-getranskribeer terug in DNA wat die data-stoor stelsel kan lees. Met ander woorde, beteken DORIS nie die oorspronklike lêer verteer ten einde dit te lees.

Die enkel-gestrand oorhange kan ook verander word, sodat die gebruiker lêers, verwyder lêers of "slot" hulle hernoem, effektief maak hulle onsigbaar vir ander gebruikers.

"Ons het 'n funksionele prototipe van DORIS ontwikkel, sodat ons weet dit werk," sê Keung. "Ons is nou belangstel in skalering it up, spoed it up en sit dit in 'n toestel wat automatiseert die proses, wat dit gebruikers vriendelik."

bron: North Carolina State University. "New approach to DNA data storage makes system more dynamic, scalable." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200612111427.htm>.