Nowe podejście do przechowywania danych DNA sprawia, że ​​system jest bardziej dynamiczne, skalowalne

Naukowcy opracowali całkowicie nowe podejście do systemów przechowywania danych DNA, dając użytkownikom możliwość odczytywania i modyfikowania plików danych, nie niszcząc je i czyniąc systemy łatwiej skalować do praktycznego wykorzystania.

„Większość z istniejących systemów przechowywania danych DNA polegać na reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) do dostępu do przechowywanych plików, który jest bardzo skuteczny przy kopiowaniu informacji, ale stwarza pewne znaczące wyzwania”, mówi Albert Keung, wspólnie odpowiada autor pracy na temat pracy , „Opracowaliśmy system zwany Dynamiczne operacje i wielokrotnego użytku Informacja bagażu, lub DORIS, które nie opierają się na PCR. To pomogło nam rozwiązać niektóre z głównych przeszkód stojących praktyczne wdrożenie technologii przechowywania danych DNA.” Keung jest adiunktem inżynierii chemicznej i biomolekularnej na NC State.

Systemy przechowywania danych DNA mają potencjał zamówień ładowni wielkości więcej informacji niż istniejących systemów o porównywalnej wielkości. Istniejące technologie starały się rozwiązać szereg problemów związanych z praktyczną realizacją.

Obecne systemy opierają się na sekwencje DNA zwane sekwencje starterów wiążące, które są dodawane do końców nici DNA tych informacji sklepu. Krótko mówiąc, sekwencja startera wiążącego DNA służy jako nazwy pliku. Gdy chcemy dany plik, odzyskać nici DNA zawierające powyższą sekwencję.

Wiele praktycznych barier dla technologii przechowywania danych DNA krążą wokół zastosowanie PCR w celu pobrania zapisanych danych. Systemy, które polegają na reakcji PCR mieć drastycznie podnoszenia i obniżania temperatury przechowywanego materiału genetycznego, aby rozerwać dwuniciowego DNA siebie i ujawniają sekwencję wiązania startera. Te wyniki we wszystkich DNA, sekwencje starterów wiążące i sekwencji danych magazynowych, pływanie za darmo w rodzaju zupy genetycznej. Istniejące technologie mogą następnie sortowania zupa znaleźć, pobrać i skopiować odpowiednie DNA przy użyciu PCR. Wahania temperatury są problematyczne dla rozwijania praktycznych technologii, a sama technika PCR stopniowo konsumuje lub zużywa, oryginalna wersja pliku, który jest pobierane.

DORIS przyjmuje inne podejście. Zamiast korzystania z dwuniciowego DNA w postaci sekwencji wiązania startera Doris wykorzystuje „nawis”, który składa się z jednej nici DNA, jak ogon, że strumienie za dwuniciowego DNA, który w rzeczywistości zawiera dane. Podczas gdy tradycyjne techniki wymagane wahania temperatury zgrać otwarty DNA, aby wybrać odpowiednie sekwencje starterów wiążące, stosując jednoniciowy środki zwis że DORIS może znaleźć odpowiednie sekwencje starterów wiążących bez zakłócania dwuniciowego DNA.

„Innymi słowy, DORIS może pracować w temperaturze pokojowej, co czyni go znacznie bardziej realne do rozwijania technologii zarządzania danymi DNA, które są opłacalne w scenariuszach rzeczywistych”, mówi James Tuck, wspólnie odpowiada autor artykułu i profesor elektrycznego i inżynierii komputerowej na NC State.

Inną zaletą nie mając do rozpaść nici DNA jest to, że sekwencja DNA w zwisie może być taka sama jak sekwencja znalezionego w dwuniciowego regionu samego pliku danych. To jest trudne do osiągnięcia w systemach opartych na PCR bez utraty gęstości informacji, ponieważ system nie będzie w stanie odróżnić sekwencji wiązania startera i sekwencji danych magazynowych.

„DORIS pozwala nam znacznie zwiększyć gęstość informacji o systemie, a także ułatwia skalowanie do obsługi bardzo dużych baz danych”, mówi Kevin Lin, pierwszy autor pracy i Ph.D. student na NC State.

I raz DORIS zidentyfikował prawidłową sekwencję DNA, nie polegać na reakcji PCR w celu wykonania kopii. Zamiast DORIS przepisuje DNA na RNA, który jest następnie odwrotnej transkrypcji z powrotem na DNA, które może odczytać systemu składowania danych. Innymi słowy, DORIS nie musi spożywać oryginalnego pliku, aby go odczytać.

Jednoniciowej nawisy można również modyfikować, dzięki czemu użytkownicy mogą zmieniać nazwy plików, pliki usunąć lub „LOCK” nimi, co skutecznie je niewidoczne dla innych użytkowników.

„My stworzyliśmy funkcjonalny prototyp Doris, więc wiemy, że to działa” Keung mówi. „Teraz jesteś zainteresowany skalowania w górę, przyspieszając go i wprowadzenie go do urządzenia, które automatyzuje proces, dzięki czemu jest przyjazny dla użytkownika.”

źródło 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>.