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科学家开发了DNA数据存储的新方法_科技频道_东方资讯

发布日期:2020-06-19 06:57   来源:未知   阅读:

美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员在《自然通讯》发表论文称,他们开发了一种全新的DNA数据存储系统,可使用户在不破坏原始文件的情况下读取或修改数据文件,并且具有更强的实用性。

“现有的大多数DNA数据存储系统都需要通过聚合酶链式反应(PCR)来访问存储的文件,这在复制信息方面非常有效,但也带来了一些重大的挑战。”论文共同通讯作者、北卡州立大学化学与生物分子工程学的助理教授Albert Keung说,“我们开发了一种不依赖PCR的‘动态操作且可重复使用的信息存储系统’(DORIS),解决了DNA数据存储技术在实际应用中面临的一些关键问题。”

虽然DNA数据存储系统或许能比现有同等规模的系统存储更高数量级的信息,但现有技术很难解决与实际应用相关的一系列问题。DNA数据存储技术的许多实际障碍都与使用PCR检索存储数据有关。基于PCR的系统必须大幅提高和降低存储的遗传物质的温度,使DNA解螺旋,暴露引物结合的DNA序列。这导致所有的DNA序列(包括引物结合序列和数据存储序列)都在同一锅基因汤中自由游动。温度的波动对开发实用技术来说是个问题,而且PCR技术本身也会逐渐消耗正在检索的文件的原始版本。

在这项研究中,DORIS并没有使用双链DNA作为引物结合序列,而是使用了一个由单链DNA组成的“悬垂”,它就像是在双链DNA后面存储了数据的流动尾巴,让DORIS得以在不干扰双链DNA的情况下找到合适的引物结合序列。

“换句话说,DORIS可以在室温下工作,这使得开发DNA数据管理技术在现实场景中更加可行,”论文共同通讯作者、北卡州立大学的电子和计算机工程教授 James Tuck说。

不必解开DNA双螺旋的另一个好处是,悬垂部分的DNA序列可以与DNA双链区域的序列相同。在以PCR为基础的系统中,因为系统无法区分引物结合序列和数据存储序列,所以信息密度难以保证。

“DORIS大大增加了系统的信息密度,这也使它更容易扩大规模来处理真正的大型数据库,”论文第一作者,北卡州立大学的博士生Kevin Lin说。

一旦DORIS识别出正确的DNA序列,它就会把DNA转录成RNA,再把RNA逆转录为DNA来读取数据存储系统。也就是说,DORIS并不需要使用原始文件来完成读取过程。此外,单链悬垂还支持用户重命名、删除或“锁定”操作。

“我们已经开发了一个DORIS的功能原型,事实证明它是有效的。”Keung说,“我们现在想扩大规模,加快速度,并把DORIS放进一个设备中,使整个过程自动化,让它对用户更加友好。”

编译:花花 审稿:西莫 责编:雷鑫宇

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