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Science:美学者将操作系统和电影编码至DNA内

摘要 : 2017年3月3日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国纽约基因组研究中心Yaniv Erlich和Dina Zielinski研究员的一篇研究论文,论文报道了研究人员创建了一种在DNA中储存数码信息的方法,它接近于理论上的最大值。

 2017年3月3日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国纽约基因组研究中心Yaniv Erlich和Dina Zielinski研究员的一篇研究论文,论文报道了研究人员创建了一种在DNA中储存数码信息的方法,它接近于理论上的最大值。DNA是一种极佳的储存数据的介质,因为它有着高度的耐久性和信息密度。DNA同样也天然配备了复制其所保持信息的工具。然而,先前的将信息储存于DNA的尝试没有达到其理论阈值,且它们中有些在信息检索中存在缺陷。信息检索可以出错的一个关键原因是因为DNA合成以及在研究中所用的某些技术可导致寡核苷酸的代表不均。

在这里,Yaniv Erlich和Dina Zielinski研发了一种名叫DNA Fountain的方法,它能帮助调整寡核苷酸中的这些差异。它依赖于一种编码技术,在这种技术中,信息被随机封装并接着被有序地组装,其过程类似互联网运作。在DNA Fountain的案例中,更多的寡核苷酸被编码以表达比所需更多的“信息”,为了将错误降至最低,该系统会优选高品质的寡核苷酸而非受损的寡核苷酸。因此,如果有某些寡核苷酸丢失或受损,所储存的所有信息仍然可被表达。作者用DNA Fountain来编码一个有2,146,816字节的单一压缩文件并将其储存到DNA内,该压缩文件代表了一个完整的图形操作系统、一部电影及其它文件。他们成功地检索到了完整的信息集,鉴于所用遗传物质的密度,该信息集已经接近理论上的上限。最后,随着寡核苷酸的复制,错误也可能会增加,但作者报告说,在寡核苷酸经过多轮复制且显示出比原先品质下降之后,DNA Fountain仍能被充分回收。

原文链接:

DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture

原文摘要:

DNA is an attractive medium to store digital information. Here we report a storage strategy, called DNA Fountain, that is highly robust and approaches the information capacity per nucleotide. Using our approach, we stored a full computer operating system, movie, and other files with a total of 2.14 × 106 bytes in DNA oligonucleotides and perfectly retrieved the information from a sequencing coverage equivalent to a single tile of Illumina sequencing. We also tested a process that can allow 2.18 × 1015 retrievals using the original DNA sample and were able to perfectly decode the data. Finally, we explored the limit of our architecture in terms of bytes per molecule and obtained a perfect retrieval from a density of 215 petabytes per gram of DNA, orders of magnitude higher than previous reports.

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