روشهای رمزگذاری جریان اصلی ذخیره سازی داده های DNA

ذخیره سازی DNA یک فناوری جدید ذخیره سازی داده های دیجیتالی است که بر اساس روش های رمزگذاری و رمزگشایی خاص بین 0 تا 1 کدهای باینری داده های دیجیتال و کدهای کواترنر A-T-C-G DNA ها وجود دارد که و انتظار می رود به دلیل آن ، در آینده به یک فرم اصلی ذخیره سازی داده تبدیل شودمزایا (مانند چگالی داده بالا ، زمان ذخیره طولانی ، مصرف کم انرژی ، راحتی برای حمل ، حمل و نقل پنهان و رمزگذاری های متعدد). در این بررسی ، ما عمدتاً پیشرفتهای تحقیق اخیر چهار روش اصلی رمزگذاری و رمزگشایی فناوری ذخیره سازی DNA را خلاصه می کنیم: روش نقشه برداری مستقیم بین کدهای کواترنر باینری و A-T-C-G در اوایل مرحله ، کد چشمه برای چگالی ذخیره منطقی بالاتر ، داخلی و داخلی و داخلیکدهای بیرونی برای داده های ذخیره سازی دسترسی تصادفی DNA و CRISPR با استفاده از روش ذخیره سازی DNA Vivo. سه روش رمزگذاری/رمزگشایی اول به ذخیره سازی DNA در شرایط آزمایشگاهی تعلق دارند ، که نشان دهنده تحقیقات اصلی و کاربرد در ذخیره سازی DNA است. مزایا و معایب آنها نیز مورد بررسی قرار می گیرد: روش نقشه برداری مستقیم آسان و کارآمد است ، اما دارای نرخ خطای بالا و چگالی منطقی پایین است. کد چشمه می تواند بدون دسترسی تصادفی به چگالی ذخیره سازی بالاتر برسد. کد داخلی و بیرونی دارای طراحی اصلاح خطا برای تحقق دسترسی تصادفی با هزینه چگالی منطق است. این بررسی منابع مهم و درک بهبود یافته از روشهای ذخیره سازی DNA را ارائه می دهد. توسعه روشهای رمزگذاری و رمزگشایی DNA کارآمد و دقیق نقش بسیار مهم و حتی تعیین کننده ای در انتقال ذخیره سازی DNA از آزمایشگاه به کاربرد عملی خواهد داشت که ممکن است اساساً صنعت اطلاعات را در آینده تغییر دهد.

روی نسخه خطی کار می کنید؟

از رایج ترین اشتباهات خودداری کنید و نسخه خطی خود را برای ویراستاران ژورنال آماده کنید.

1. معرفی

فناوری ذخیره سازی DNA یک فناوری ذخیره سازی داده های جدید از طریق DNA Medium است که می تواند با رمزگذاری و رمزگشایی DNA های سنتز شده با توالی های خاص بر اساس روشهای رمزگذاری/رمزگشایی ، به ذخیره داده های دیجیتال (متن ، تصویر ، صوتی ، فیلم و غیره) برسد. بشربه ویژه ، با توجه به روشهای رمزگذاری خاص/قوانین ذخیره سازی DNA ، کدهای باینری 0-10 رمزگذاری شده برای داده های مختلف دیجیتالی (متن ، تصویر ، صدا ، فیلم و غیره) می توانند به کدهای کواترنر DNA مربوطه تبدیل شوند (یعنی ترکیبات یک، T ، C و G) ، و DNA های مربوطه سپس برای ذخیره اطلاعات داده های دیجیتال در DNA ها با توالی خاص سنتز شدند. در مقابل ، بر اساس روش ها/قوانین رمزگشایی مربوطه ، DNA های ذخیره شده می توانند برای به دست آوردن کدهای کواترنر DNA توالی شوند ، و با کدهای باینری 0-1 ، به داده های دیجیتالی بازیابی می شوند. در اینجا روشهای رمزگذاری و رمزگشایی از همان "کد کد" پیروی می کنند ، و رمزگذاری روند معکوس رمزگشایی است (شکل 1).

ذخیره سازی DNA محدودیت محیط ذخیره موجود مواد مبتنی بر سیلیس (مانند دیسک سخت ، دیسک نوری و دیسک مغناطیسی قابل جابجایی) را خراب می کند: در مقایسه با فن آوری های ذخیره سازی داده های دیجیتال موجود ، فناوری ذخیره سازی DNA مزایای چگالی داده های بالا را دارد ،زمان ذخیره طولانی ، مصرف کم انرژی ، راحتی برای حمل ، حمل و نقل پنهان و رمزگذاری های متعدد (De Silva and Ganegoda 2016). علاوه بر این ، با توسعه سریع بیوتکنولوژی و فناوری اطلاعات (BT & IT) ، انتظار می رود که ذخیره سازی DNA به طور اساسی الگوی ذخیره و انتقال داده ها را تغییر دهد و بیشتر منجر به تغییرات انقلابی در زمینه های مهم مختلف اقتصاد ملی مانند تولید ، صنعت اینترنت ، وامنیت ملی (اتحاد ذخیره سازی داده های DNA 2021).

در این بررسی ، ما عمدتاً برخی از روشهای رمزگذاری و رمزگشایی اصلی فناوری ذخیره سازی DNA را معرفی می کنیم. همانطور که در بالا ذکر شد ، بر اساس همان "کد کد" ، روش رمزگذاری ذخیره سازی DNA تبدیل کدهای باینری 0-1 به کدهای کواترنر DNA A-T-C-G است ، در حالی که روش رمزگشایی تبدیل داده های توالی کواترنر به فایلهای باینری 0-1 است. در اینجا ، ساختار دنباله رمزگذاری و رمزگشایی DNA ها به طور کلی شامل سه بخش است: اطلاعات آدرس ، پرداخت داده ها و کد اصلاح خطا (شکل 2) ، که به دلیل محدودیت های سنتز فعلی و فن آوری های توالی ، معمولاً کمتر از 250 نانومتر است (Kumarو همکاران 2019 ؛ لیو و همکاران 2012).

2 نتیجه

2. 1 کتاب کد (قانون نقشه برداری)

کتاب کد منعکس کننده قانون نقشه برداری رمزگذاری و رمزگشایی بین کدهای باینری 0 تا 1 و کدهای کواترنر DNA A-T-C-G است که باعث تبدیل بین بیت استریم دیجیتال و پرونده ذخیره سازی DNA می شود (کللاند و همکاران 1999). دفترچه کد باید برای جلوگیری از خطاهای سیستماتیک در هنگام ذخیره داده های DNA ، مانند ساختار ثانویه DNA ، محتوای بالای GC و هموپلیمر ، از قوانین خاصی پیروی کند (ارگانیک و همکاران 2018). تا به امروز ، دو نوع کتاب کد وجود دارد: "پایه بیت" (گلدمن و همکاران 2013) و "نماد-کودون" (شکل 3) (کللاند و همکاران 1999)."پایه بیت" حاکی از قانون نقشه برداری بین بیت ها و پایه ها است. به عنوان مثال ، شکل 3A رابطه نقشه برداری بین "0" و "(الف) C/(C) G/(G) T/(T) A" را نشان داد."Symbol-Codon" رابطه نقشه برداری بین یک نماد و یک کدون را نشان می دهد (شکل 3B). قبل از استفاده ، کدون های موجود در پرونده ذخیره سازی DNA باید توسط ویژگی های توالی DNA نمایش داده شوند تا از خطاهای سیستماتیک جلوگیری شود. اگرچه اولی از دومی ساده تر است ، دومی قادر است در هنگام ذخیره داده های DNA از خطاهای سیستماتیک تا حدی جلوگیری کند.

2. 2 روش رمزگذاری و رمزگشایی جریان اصلی: روش رمزگذاری و رمزگشایی کلیسا

در آگوست 2012 ، گروه کلیسای جورج دانشگاه هاروارد مقاله ای را در زمینه تحقیقات ذخیره سازی DNA منتشر کرد و به ذخیره DNA برای داده های 5. 2 MB از پرونده های HTML ، تصاویر JPG و برنامه های جاوا اسکریپت دست یافت (Church et al. 2012). آنها ابتدا قانون نقشه برداری "پایه بیت" را پیشنهاد کردند: یک بیت در هر پایه. به ویژه ، هر بیت با یک نوکلئوتید مطابقت دارد ، که در آن A یا C نشان دهنده 0 است ، و T یا G نشان دهنده 1 است (شکل 3A). در دفترچه کد ، توالی DNA تولید شده با بیش از 3 هموپلیمر NT حذف شد. در اینجا ، ساختار توالی رمزگذاری و رمزگشایی DNA ها (159 نانومتر) شامل یک قطعه DNA 96 NT برای بار داده ، یک قطعه 19 NT برای اطلاعات آدرس و دو قطعه 22 نانومتر به عنوان آغازگرهای تقویت کننده PCR در هر دو انتها است (شکل 4). برای رمزگشایی ، ما برای هر قطعه DNA 159 NT یک کتابخانه زوج ساختیم و سپس آن را در یک پلت فرم Illumina Hiseq 2000 در حالت زوج 100 جفت باز توالی کردیم. علاوه بر این ، خوانده شده های جفت توالی با همپوشانی در یک ترکیب واحد ترکیب شدند تا خطاهای توالی سیستماتیک را کاهش دهند. با این حال ، به دلیل خطاهای سیستماتیک و بدون استفاده از کد اصلاح خطا در هنگام ذخیره DNA ، داده ها به رغم عمق توالی بالاتر (پوشش متوسط: 3000 ×) به طور کامل قابل بازیابی نیستند.

در سال 2016 ، Blawat روش کلیسا را با استفاده از کدهای تصحیح/تصحیح خطای سه گانه برای دستیابی به ذخیره سازی DNA و بازیابی کاملاً دقیق برای داده های 22 MB از یک فیلم فشرده شده MPEG بهبود بخشید (Blawat et al. 2016): اطلاعات آدرس به صورت افقی توسط Bose محافظت می شدکدهای Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) (63 ، 39) با حداقل فاصله چکش زدن 9 (اشغال 39 بیت). بلوک های داده متوالی (223 بیت برای بار داده ها) به صورت عمودی توسط کدهای نی و سولومون (RS) محافظت می شدند (255 ، 223 ، 33). بررسی افزونگی چرخه 16 بیتی (CRC) برای تشخیص خطا در اطلاعات آدرس و بارگذاری داده ها استفاده شد (شکل 5).

2. 3 روشهای رمزگذاری و رمزگشایی اصلی: روش رمزگذاری و رمزگشایی گلدمن

در سال 2013 ، گروه گلدمن به ذخیره DNA و بازیابی کاملاً دقیق برای یک پرونده داده 739 کیلوبایت (از جمله متن ، تصاویر JPG و برنامه JavaScript) دست یافت و فقط با استفاده از عمق توالی پایین تر (پوشش متوسط: میانگین پوشش:~51 ×) (گلدمن و همکاران 2013). روش رمزگذاری و رمزگشایی گلدمن متعلق به یک قانون نقشه برداری "پایه بیت" از ذخیره DNA است. در مقایسه با روش کلیسا ، کدهای باینری 0-1 از داده های دیجیتال ابتدا با کد هافمن 3 پایه در معرض فشرده سازی داده قرار گرفتند و سپس به کدهای کواترنر A-T-C-G تبدیل شدند. علاوه بر این ، یک پایه برابری و همپوشانی 75 پایه در ساختار دنباله برای افزایش استحکام در برابر خطاهای سیستماتیک در حین ذخیره DNA استفاده شد. در اینجا ، ساختار توالی رمزگذاری و رمزگشایی DNA ها (117 نانومتر) شامل یک قطعه DNA 100 نانومتر برای بار داده ، یک قطعه 2 + 12 NT برای اطلاعات آدرس ، یک نوکلئوتید برابری و یک نوکلئوتید در هر انتهای برای بخش های متناوب معکوس است. توالی DNA تکمیل شده (شکل 6).

براساس کار گلدمن ، بورلت و همکاران. با موفقیت RAID (آرایه اضافی از دیسک های مستقل) برای کاهش خطاهای سیستماتیک ذخیره DNA (Boholt et al. 2016) ، و به ذخیره DNA و بازیابی کاملاً دقیق برای یک فایل داده 151 کیلوبایت با استفاده از عمق توالی پایین تر (میانگین پوشش:~40 ×). RAID5 یک سیستم اصلی ذخیره سازی داده ها برای تصحیح خطا در فناوری رایانه است (دفتر مرکزی شرکت های میکروسیمی 2017). در اینجا اطلاعات داده و اطلاعات تأیید آن در دیسک های مختلف ذخیره می شوند. اطلاعات داده ها را می توان از طریق اطلاعات تأیید هنگامی که فقط در یک دیسک آسیب دیده بازسازی شود. به همین ترتیب ، بورلت و همکاران. یک رشته DNA منحصر به فرد یا یک ⊕ B را به عنوان اطلاعات تأیید رشته های DNA A + B (اطلاعات داده) تولید کرد. اطلاعات داده های رشته های DNA A + B را می توان از طریق رشته DNA منحصر به فرد یا یک ⊕ B DNA بازیابی کرد اگر نتوانیم داده های توالی کاملاً در یک رشته (A یا B) را بدست آوریم (شکل 7). در مقایسه با روش گلدمن ، یکی دیگر از مزایای این روش بهبود یافته کاهش افزونگی (2-3 بار) با جلوگیری از همپوشانی است.

2. 4 روش رمزگذاری و رمزگشایی اصلی: روش رمزگذاری و رمزگشایی چمن

در سال 2015 ، گروه Grass یک روش رمزگذاری و رمزگشایی "Codon" جدید با کدهای داخلی و بیرونی ارائه داد ، که در آن یک توالی DNA اضافی به هر ردیف و ستون به طور جداگانه بر اساس کد نی و سولومون اضافه شد تا اصلاحات خطا را انجام دهددو بعد (گراس و همکاران 2015). به ویژه ، داده های باینری 0-1 برای اولین بار در بلوک های ماتریس ترتیب داده می شوند. برای هر ماتریس ، کد بیرونی ، افزونگی A از طریق کد Neh e-Solomon برای هر ردیف تولید می شود. کد داخلی ، افزونگی B توسط کد Neh e-Solomon برای هر ستون تولید می شود. سرانجام ، هر ستون از داده های باینری 0-1 می تواند به کدهای کواترنر A-T-C-G بر اساس کتاب کد مربوطه "Codon" مربوطه تبدیل شود (شکل 8) ، و DNA های مرتبط سنتز و ذخیره می شوند. از طریق این روش ، گروه Grass به ذخیره DNA و بازیابی کاملاً دقیق برای یک پرونده داده 83 کیلوبایت (متن) با استفاده از عمق توالی پایین تر (میانگین پوشش:~372 ×). در اینجا ، ساختار توالی DNA (158 نانومتر) شامل یک قطعه DNA 117 NT برای بار داده و یک آداپتور در هر انتها برای توالی است.

در سال 2018 ، بر اساس روش رمزگذاری و رمزگشایی چمن ، مایکروسافت و دانشگاه واشنگتن یک روش رمزگذاری دسترسی تصادفی را پیشنهاد کردند. آنها با موفقیت 35 پرونده مجزا را با موفقیت ذخیره کردند و به صورت جداگانه بازیابی کردند (میانگین پوشش:~5 ×) از طریق آغازگرهای آدرس دهی اضافی (20 نانومتر) در هر دو انتها ، که در آن آغازگرهای آدرس دهی باید از معیارهای طراحی مانند محتوای GC ، هموپلیمرها ، فاصله چکش زدن راضی باشند. علاوه بر این ، برای جلوگیری از برخورد به آغازگرها و بارهای بار ، قوانین نقشه برداری کتاب کد می تواند به صورت پویا تغییر یابد تا احتمال شباهت بالا بین پرداختن به آغازگرها و بارهای بار کاهش یابد (شکل 9).

2. 5 روش رمزگذاری و رمزگشایی اصلی: کد چشمه

در سال 2017 ، تیم تحقیقاتی Yaniv Erlich در دانشگاه کلمبیا یک روش جدید ذخیره سازی DNA را بر اساس کد چشمه (کد LT) گزارش داد و به ذخیره DNA و بازیابی کاملاً دقیق برای یک پرونده داده 2. 15 MB (از جمله متن ، سیستم عامل ، تصویر ، PDF ، دست یافت. فیلم و بدافزار) با استفاده از عمق توالی پایین تر (پوشش متوسط:~10. 5 ×) (ارلیچ و زیلینسکی 2017). کد Fountain به عنوان بسیاری از قطرات آب با اطلاعات داده در انتهای ارسال مانند چشمه ارسال می شود. در اینجا ، هنگامی که قطرات آب در یک سطل کامل در انتهای دریافت جمع آوری می شود ، می توان داده ها را به طور کامل بازیابی کرد. در مقایسه با روشهای رمزگذاری قبلی ، این روش افزونگی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد زیرا نیازی به همپوشانی برای مونتاژ توالی ندارد. این روش می تواند به ظرفیت ذخیره سازی بالاتر 1. 57 بیت در NT برسد: داده های باینری 0-1 برای اولین بار به بسیاری از بسته های داده مانند قطرات آب در یک چشمه تقسیم می شوند و به دنبال آن به طور تصادفی یک دانه شبه تصادفی را به عنوان درجه بسته از قدرت انتخاب می کنند. توزیع Soliton. بسته های منتخب سپس توسط منحصر به فرد یا عملیات جمع می شوند. در پایان ، یک دانه 4 بایت به یک افزودنی 32 بایت وصل می شود تا یک قطره تولید کند. در اینجا از DNA ها با هموپلیمرها برای کاهش خطاهای سیستماتیک در هنگام ذخیره DNA جلوگیری شد. ساختار دنباله DNA (200 نانومتر) شامل یک قطعه DNA 128 NT برای بار داده ، یک قطعه DNA 16 NT برای دانه شبه تصادفی ، قطعه DNA 8 NT برای کد نی- سولومون و یک آداپتور (24 نانومتر) در هر انتها برای هر انتها است. توالی (شکل 10).

لئون آناوی و همکاران. روش رمزگذاری چشمه DNA بهبود یافته برای دستیابی به چگالی منطقی بالاتر با استفاده از الفبای DNA مرکب ، که می تواند کد باینری را به جای کواترنر به q-ary تبدیل کند (Anavy et al. 2019). الفبای مرکب DNA از نسبت های مختلف حروف A ، C ، G ، T تشکیل شده است. به عنوان مثال ، یک الفبای شش حرفی را می توان به عنوان ، که در آن M مخلوط A و C (1: 1) است ، بیان کرد و K ترکیبی از G و T است (1: 1) (شکل 11). از طریق این روش ، آنها به ذخیره داده های 2. 15 مگابایتی با 152 نانومتر الیگوس با 58،000 کامپوزیت شش حرفی دست یافتند. در مقایسه با روش رمزگذاری چشمه Yaniv Erlich با استفاده از 72،000 152 NT Oligos ، a~با این روش بهبود یافته 24 ٪ افزایش چگالی منطقی حاصل شد. با این حال ، با توجه به هزینه های سنتز و توالی ، طول الفبای ترکیب DNA نامحدود نیست زیرا اندازه بزرگتر الفبای برای بازیابی اطلاعات داده به عمق توالی عمیق تر نیاز دارد. از طریق محاسبه شبیه سازی وضوح K ، این سیستم با 56 حرف می تواند در مقایسه با سیستم کواترنر با استفاده از K = 5 حدود 52 ٪ کاهش هزینه را به دست آورد.

2. 6 CRISPR با واسطه فناوری ذخیره سازی DNA Vivo

CRISPR به طور گسترده ای برای ویرایش ژن استفاده می شود (ADLI 2018). یک تیم هاروارد و یک تیم دانشگاه کلمبیا به طور جداگانه این روش را برای ذخیره اطلاعات در باکتری های زنده تطبیق دادند. در سال 2016 ، گروه تحقیقاتی کلیسا اولین ضبط مولکولی مبتنی بر CRISPR را در جهان ساخت (شیپمن و همکاران 2016). سال آینده ، آنها با موفقیت به رمزگذاری و ذخیره سازی اطلاعات دیجیتالی یک فیلم کوتاه GIF (2. 6 کیلوبایت) با بیش از 90 ٪ دقت در ژنوم باکتریایی زنده با توجه به ترتیب زمانی ، از طریق ضبط توانایی DNA های خارجی سیستم CRISPR دست یافتند (شکل 12 ، 13) (شیپمن و همکاران 2017). آنها ابتدا اطلاعات دیجیتالی یک فیلم GIF را به کدهای DNA تبدیل کردند و کدهای DNA را با توالی PAM در توالی های فاصله ادغام کردند. سپس آنها گروهی از باکتریها را با مجموعه ای از توالی های فاصله ، که برای فریم های متوالی مرتب شده به ترتیب زمانی طراحی شده اند ، فراهم کردند. از طریق بیان بیش از حد CAS1/CAS2 ، مجموعه ای از توالی های بازه ای به آرایه CRISPR در ژنوم آنها اضافه شد. در پایان ، اطلاعات داده فیلم GIF می تواند با داده های توالی DNA بازیابی شود.

بر اساس فناوری CRISPR کلیسا ، در سال 2021 ، تیم وانگ در دانشگاه کلمبیا یک چارچوب جدید تولید برقی را برای ذخیره مستقیم داده های دیجیتال (72 بیت) در باکتری های زنده توصیف کرد (شکل 14) (Yim et al. 2021). از طریق تحریک الکتریکی ، یک کد باینری 3 بیتی در آرایه های باکتریایی CRISPR-زرق و برق دار با بارکودهای چند برابر با تحریک الکتریکی در یک ضبط کننده DNA مبتنی بر CRISPR رمزگذاری شد. در اینجا ، اطلاعات ذخیره شده در جمعیت باکتری ها را می توان برای بسیاری از نسل ها در یک محیط طبیعی باز حفظ کرد. این کار پتانسیل ذخیره داده های DNA را در داخل بدن از طریق ارتباطات مستقیم در سلولهای زنده فراهم می کند ، و بیشتر چارچوب ذخیره سازی داده های زیست شناسی دیجیتال اطلاعات رد و بدل شده بین نهادهای مبتنی بر سیلیکون و کربن را ایجاد می کند.

3 نتیجه گیری

در این مقاله به بررسی پیشرفتهای تحقیق روشهای رمزگذاری و رمزگشایی در زمینه ذخیره DNA می پردازیم ، و چندین روش رمزگذاری و رمزگشایی اولیه را پوشش می دهد (جدول 1): نقشه برداری مستقیم بین 0 تا 1 داده دیجیتال باینری و داده های ذخیره سازی DNA کواترنر A-T-C-G در مراحل اولیه ((Church ، Blawat ، Goldman و Boholt Labs) ، کد چشمه (Erlich & Zielinski and Anavy Labs) ، کدهای داخلی و بیرونی برای داده های ذخیره سازی دسترسی تصادفی DNA (Grass and Organick Labs) ، و CRISPR در داخل بدن Vivo DNA فناوری ذخیره سازی (توسعه یافته توسط کلیسای کلیساو همکاران 2012).

جدول 1 مقایسه هشت روش اصلی ذخیره سازی DNA

هر روش رمزگذاری و رمزگشایی مزایا و معایب خود را دارد. در اینجا ، روش نقشه برداری مستقیم آسان و کارآمد است اما دارای نرخ خطای بالا و چگالی منطقی پایین است. کد چشمه دستیابی به موفقیت برای چگالی منطقی ، تا 80 ٪ از حد بالایی تخمین نظری ذخیره DNA به دست آورد ، اما نتوانست به دسترسی تصادفی برسد. کد داخلی و بیرونی Grass دارای طراحی اصلاح خطا (در سطح زنجیره ای و بلوک داده) برای دستیابی به دسترسی تصادفی با هزینه چگالی منطق است. در کل ، سه روش رمزگذاری/رمزگشایی فوق به ذخیره سازی DNA آزمایشگاهی با مزیت ذخیره سازی با توان بالا و هزینه کمتری تعلق دارند. فناوری ذخیره سازی DNA با واسطه CRISPR متعلق به ذخیره سازی DNA در داخل بدن است ، با استفاده از ذخیره سازی پایدار طولانی مدت و تقویت ارزان تر/تصادفی نسخه های داده ذخیره سازی DNA ، اما امروزه در مرحله اکتشافی اولیه فقط برای مقدار کمی از ذخیره داده ها به همین دلیل استبه برخی از تنگناهای فنی غیرقابل تحمل (مانند محدودیت های بیوشیمیایی در داخل بدن).

در حال حاضر ، فن آوری های موجود در ذخیره سازی داده ها به طور فزاینده ای قادر به برآورده کردن الزامات رشد انفجاری داده ها نیستند (Léquepeys و همکاران 2021). با توجه به بسیاری از مزایا و دستاوردهای فوق ، انتظار می رود ذخیره سازی DNA در آینده به یک فرم اصلی ذخیره داده تبدیل شود. در میان آنها ، توسعه روشهای رمزگذاری و رمزگشایی DNA کارآمد و دقیق و الگوریتم های اصلاح خطا ، نقش بسیار مهمی و حتی تعیین کننده در انتقال از آزمایشگاه به کاربرد عملی خواهد داشت ، که ممکن است اساساً صنعت اطلاعات را در آینده تغییر دهدبشر

منابع

• Adli ، M: کیت ابزار CRISPR برای ویرایش ژنوم و فراتر از آن. نات. ارتباط9 (1) ، 1911 (2018). https://doi. org/10. 1038/S41467-018-04252-2ARTICLEGOOGLE SCHINC
• Anavy ، L. ، Vaknin ، I. ، Atar ، O. ، Amit ، R. ، Yakhini ، Z: ذخیره داده در DNA با چرخه سنتز کمتری با استفاده از حروف DNA کامپوزیت. نات. بیوتکنول. 37 (10) ، 1229 1236 (2019). https://doi. org/10. 1038/S41587-019-0240-xarticleGoogle Scholar
• Blawat ، M. ، Gaedke ، K. ، Hütter ، I. ، Chen ، X.-M. ، Turczyk ، B. ، Inverso ، S. ، Pruitt ، B. W. ، Church ، G. M: تصحیح خطای رو به جلو برای ذخیره داده های DNA. Proc Comput Sci 80 ، 1011-1022 (2016). https://doi. org/10. 1016/j. procs. 2016. 05. 398articlegoogle Scholar
• Boholt ، J. ، Lopez ، R. ، Carmean ، D. M. ، Ceze ، L. ، Seelig ، G. ، Strauss ، K: سیستم ذخیره سازی بایگانی مبتنی بر DNA. Sigarch Computarch News 44 ، 637-649 (2016). https://doi. org/10. 1145/2872362. 2872397ArticleGoogle Scholar
• Church ، G. M. ، Gao ، Y. ، Kosuri ، S: ذخیره اطلاعات دیجیتال نسل بعدی در DNA. Science 337 (6102) ، 1628 (2012). https://doi. org/10. 1126/science. 1226355articlegogle Scholar
• Clelland ، C. T. ، Risca ، V. ، Bancroft ، c: پنهان کردن پیام ها در میکرودوت های DNA. طبیعت 399 (6736) ، 533-534 (1999). https://doi. org/10. 1038/21092ARTICLEGEGOOGLE SCHINCE
• De Silva ، P. Y. ، Ganegoda ، G. U: روندهای جدید ذخیره داده های دیجیتال در DNA. زیستیresint.(2016). https://doi. org/10. 1155/2016/8072463ARTICLEGOOGLE SCHINCE
• Erlich ، Y. ، Zielinski ، D: چشمه DNA یک معماری ذخیره سازی قوی و کارآمد را امکان پذیر می کند. Science 355 (6328) ، 950-954 (2017). https://doi. org/10. 1126/science. aaj2038articlegogle Scholar
• Goldman ، N. ، Bertone ، P. ، Chen ، S. ، Dessimoz ، C. ، Leproust ، E. M. ، Sipos ، B. ، Biey ، E: به سمت ذخیره سازی اطلاعات عملی ، با ظرفیت بالا و کم مصرف در DNA سنتز شده. طبیعت 494 (7435) ، 77-80 (2013). https://doi. org/10. 1038/Nature11875ArticleGoogle Scholar
• Grass ، R. N. ، Heckel ، R. ، Puddu ، M. ، Paunescu ، D. ، Stark ، W. J: حفظ شیمیایی قوی اطلاعات دیجیتال در DNA در سیلیس با کدهای اصلاح خطا. angewشیمیاییint. ویرایشانگلیس54 (8) ، 2552-2555 (2015). https://doi. org/10. 1002/anie. 201411378ARTICLEGOOGLE SCHINCE
• KUMAR ، K. R. ، Cowley ، M. J. ، Davis ، R. L: توالی و فن آوری های نوظهور نسل بعدی. SEMINترومبهموست45 (7) ، 661-673 (2019). https://doi. org/10. 1055/S-0039-1688446ARTICLEGEGLEGOOGLE SCHINCE
• Léquepeys J-R ، Duranton M ، Boetier S ، Catrou S ، Fouel R ، Est T ، Hérault L ، Louis D ، Jerraya A ، Valentian A (2021) با غلبه بر چالش های Daluge با الکترونیک سبزتر. Esscirc 2021-IEEE 47 کنفرانس مدارهای دولتی جامد اروپا (ESSCIRC) ، صص 7-14
• Liu ، L. ، Li ، Y. ، Li ، S. ، Hu ، N. ، He ، Y. ، Pong ، R. ، Lin ، D. ، Lu ، L. ، Law ، M: مقایسه نسل بعدیسیستم های توالی. J. Biomed. بیوتکنول.(2012). https://doi. org/10. 1155/2012/251364ARTICLEGOOGLE SCHINCE
• دفتر مرکزی شرکت میکروسیمی: کاغذ سفید: RAID سخت افزار در مقابل Software Raid: کدام اجرای برای برنامه من بهترین است؟mrciochiphttp://ww1. microchip. com/downloads/en/devicedoc/hardware_raid_vs_software_raid__which_implementation_is_my_application_whitepaper. pdf. دسترسی به اکتبر 2017
• Organick ، L. ، Ang ، S. D. ، Chen ، Y.-J. ، Lopez ، R. ، Yekhanin ، S. ، Makarychev ، K. ، Racz ، M. Z. ، Kamath ، G. ، Gopalan ، P. ، Nguyen ، B.، Takahashi ، C. N. ، Newman ، S. ، Parker ، H.-Y. ، Rashtchian ، C. ، Stewart ، K. ، Gupta ، G. ، Carlson ، R. ، Mulligan ، J. ، Carmean ، D. ، Seelig ،G. ، Ceze ، L. ، Strauss ، K: دسترسی تصادفی در ذخیره داده های DNA در مقیاس بزرگ. نات. بیوتکنول. 36 (3) ، 242 248 (2018). https://doi. org/10. 1038/nbt. 4079articleGoogle Scholar
• Shipman ، S. L. ، Nivala ، J. ، Macklis ، J. D. ، Church ، G. M: ضبط های مولکولی توسط کارگردانی CRISPR Spacer. Science 353 (6298) ، AAF1175 (2016). https://doi. org/10. 1126/science. aaf1175articlegoogle Scholar
• Shipman ، S. L. ، Nivala ، J. ، Macklis ، J. D. ، Church ، G. M: رمزگذاری CRISPR-CAS یک فیلم دیجیتال به ژنوم جمعیت باکتری های زنده. طبیعت 547 (7663) ، 345-349 (2017). https://doi. org/10. 1038/Nature23017ArticleGoogle Scholar
• اتحاد ذخیره سازی داده های DNA: حفظ میراث دیجیتال ما: مقدمه ای برای ذخیره سازی داده های DNA. اتحاد داده های DNA (2017). https://dnastoragealliance. org. دسترسی به ژوئن 2021
• Yim ، S. S. ، McBee ، R. M. ، Song ، A. M. ، Huang ، Y. ، Sheth ، R. U. ، Wang ، H. H: ذخیره سازی داده های دیجیتال به بیولوژیکی مستقیم قوی در سلولهای زنده. نات. شیمیاییبیول17 (3) ، 246-253 (2021). https://doi. org/10. 1038/S41589-020-00711-4ArticleGoogle Scholar

سپاسگزاریها

این کار توسط برنامه ملی تحقیق و توسعه کلیدی (کمک هزینه شماره 2020YFA0907000) و بنیاد ملی علوم طبیعی چین (کمک هزینه شماره 31971389) پشتیبانی شده است.

اطلاعات نویسنده

یادداشت های نویسنده

نویسندگان و وابستگی ها

1. آزمایشگاه کلیدی علوم و اطلاعات ژنوم ، موسسه ژنومیک پکن ، آکادمی علوم چین ، و مرکز ملی چین برای اطلاعات بیوان ، پکن ، چین Chenyang Wang ، Guaan MA ، Di Wei ، Peihan Wang ، Cuidan Li & Fei Chen
2. آزمایشگاه کلیدی پردازش اطلاعات هوشمند ، آزمایشگاه کلیدی دولتی معماری رایانه ، آکادمی داده های بزرگ ، انستیتوی فناوری محاسبات ، آکادمی علوم چینی ، پکن ، چین شینرو ژانگ ، جینگ زینگ ، ژنگ وی و دونگبو BU
3. دانشگاه آکادمی علوم چین ، پکن ، چین Chenyang Wang ، Xinru Zhang ، Peihan Wang ، Dongbo BU و فی چن
4. موسسه فناوری محاسبات غربی ، Chongqing ، China Bo Duan ، Dongxin Yang & Pei Wang

یادداشت های نویسنده

Chenyang Wang و Guaan Ma به طور مساوی در این کار نقش داشتند.

1. چنیانگ وانگ