Исследователи разработали новый подход к хранению данных ДНК

Исследователи из университета штата Северная Каролина разработали принципиально новый подход к системам хранения данных ДНК, предоставляя пользователям возможность читать и изменять файлы данных не уничтожая их, и облегчая масштабирование систем для практического использования.

“Большинство существующих систем хранения данных ДНК полагаются на полимеразную цепную реакцию (ПЦР) для доступа к сохраненным файлам, что в свою очередь очень эффективно при хранении информации, но создает некоторые, довольно значительные проблемы”-говорит Альберт Кеунг, соавтор статьи о работе.

Мы разработали систему под названием “Динамические операции и многоразовое хранение информации” (DORIS), которая опирается на ПЦР. Это помогло нам устранить некоторые ключевые препятствия, стоящие перед практическим внедрением технологий хранения данных ДНК. Альберт Кеунг является доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии в университета Северной Каролины.
Системы хранения данных ДНК могут содержать на порядок больше информации, чем другие существующие системы сопоставимые по размеру. Однако, существующие технологии пытаются решить целый ряд проблем, связанный с реализацией на практике.

Современные системы опираются на последовательности ДНК, называемые связующими последовательностями, которые добавляются к концам цепей ДНК, которые хранят информацию. Проще говоря связующие последовательности ДНК выполняют роль имен файлов. Когда вам нужен данный файл, вы извлекаете цепи ДНК, несущие последовательность.

Многие из реальных барьеров технологии хранения данных ДНК связанны с использование ПЦР для извлечения сохраненных данных. Системы, которые опираются на ПЦР должны резко повышать и понижать температуру хранящегося генетического материала, чтобы разорвать двухцепочную ДНК и выявить связующую последовательность. Это приводит к тому, что все ДНК-связующие последовательности и последовательности, хранящие данные плавают в своего рода “генетическом бульоне”. Существующие технологии позволяют, с помощью ПЦР сортировать этот т.н. “генетический бульон”, чтобы найти извлечь и скопировать нужную ДНК. Колебания температуры являются проблемой для разработки технологий, и сама система ПЦР постепенно истощает исходную версия извлекаемого файла.

DORIS использует другое решение. Вместо использования двухцепочной ДНК в качестве связующей последовательности, DORIS использует “выступ”, состоящий из одноцепочной ДНК. Он, подобно хвосту двигается за двухцепочной ДНК, которая фактически хранит данные. В то время как традиционные методы для разрыва ДНК требовали колебаний температуры для поиска последовательностей, использование одноцепочного “выступа” означает, что DORIS может не нарушая двухцепочную ДНК найти связующие последовательности.

“Другими словами, DORIS может работать при комнатной температуре, существенно упрощая разработку технологий управления данными ДНК, которые жизнеспособны в реальных сценариях”, говорит Джеймс Так, соавтор статьи и профессор электротехники и вычислительной техники в университете Северной Каролины.

Другое преимущество отсутствия необходимости разрывать цепи ДНК состоит в том, что последовательность ДНК в “выступе” может быть точно такой же, как последовательность найденная в двухцепочной области самого файла данных. Это трудно достичь в системах на основе ПЦР, не жертвуя плотностью информации, т.к. система не может различить связующие последовательности и последовательности хранения данных.

“DORIS позволяет нам значительно увеличить информационную плотность системы, а так же облегчает масштабирование для работы с действительно большими базами данных”,-говорит Кевин Лин, студент университета Северной Каролины, кандидат наук и первый автор статьи.

Как только DORIS определяет правильную последовательность ДНК, он не полагается на ПЦР для создания копий. Вместо этого DORIS транскрибирует ДНК в РНК, которая затем обратно транскрибируется в ДНК, которую может прочитать система хранения данных. Иными словами, DORIS не может использовать для чтения исходный файл.
Одноцепочные “свесы” также могут быть изменены так же могут быть изменены, что позволяет пользователям переименовывать, удалять или “блокировать” файлы делая их невидимыми для других пользователей.

“Мы разработали функциональный прототип DORIS, поэтому мы знаем, что он работает”,- говорит Альберт Кенуг. “Сейчас мы заинтересованны в том, чтобы увеличить его, ускорить и поместить в устройство, которое автоматизирует процесс, делая его удобным для пользователя”.

Наука – EVORUS – Новости в России, в мире, политика, происшествия, бизнес, авто, технологии

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*