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北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经将DNA数据存储的长期挑战转化为一种工具，利用它向用户提供存储数据文件的预览——比如图像文件的缩略图版本。
DNA数据存储是一种有吸引力的技术，因为它有可能在小包装中存储大量数据，它可以长时间存储该数据，并且它以节能的方式实现。但是，到目前为止，如果您想知道文件是什么，则无法在存储为DNA中的文件中预览数据，您必须“打开”整个文件。
“我们技术的优势在于它在时间和金钱方面更有效率，”凯尔托姆克说，一篇关于工作的纸张和博士学位。在NC状态的学生。“如果您不确定您想要的数据的文件，则不必在所有潜在文件中排序所有DNA。相反，您可以将DNA文件的更小部分序列以作为预览的方式。“
这里是如何工作的一个快速概述。
通过将称为引物结合序列的DNA序列附着到存储信息的DNA链的末端，用户“名称”它们的数据文件。为了识别和提取给定文件，大多数系统使用聚合酶链反应（PCR）。具体地，它们使用匹配相应的引物结合序列的小DNA引物鉴定包含所需文件的DNA链。然后系统使用PCR制备相关DNA链的大量拷贝，然后序列整个样品。因为该过程使得靶向DNA链的许多拷贝，所以靶线的信号比样品的其余部分更强，使得可以鉴定靶向DNA序列并读取文件。
然而，DNA数据存储研究人员面临的一个挑战是，如果两个或多个文件有相似的文件名，PCR将无意中复制多个数据文件的片段。因此，用户必须为文件指定非常独特的名称，以避免得到混乱的数据。
“在某种程度上它发生,我们可以使用这些非特异性相互作用作为一种工具,而不是把它作为一个问题,”阿尔伯特·亚强说,共同通讯作者,论文工作和化学和生物分子工程学助理教授数控状态。
具体来说，研究人员开发了一种技术，利用相似的文件名让他们打开整个文件或该文件的特定子集。这是通过在命名文件和文件的给定子集时使用特定的命名约定来实现的。通过控制PCR过程的几个参数:温度、样本中DNA的浓度、样本中试剂的种类和浓度，他们可以选择是打开整个文件，还是只打开“预览”版本。
“我们的技术使系统更加复杂，”詹姆斯·塔克（James Tuck）表示，本文的合法作者和NC州的计算机工程教授。“这意味着我们必须更加小心地管理文件命名约定和PCR条件。然而，这使得系统更加数据效率和大幅度更多的用户友好。“
研究人员展示了他们的技术，在DNA数据存储中保存了四个大型JPEG图像文件，并检索每个文件的缩略图，以及完整的高分辨率文件。
“虽然我们只有存储的图像文件，但这种技术与其他文件类型广泛兼容。它还提供了这种新功能，而无需增加成本，“工作的共同作者和博士凯文·沃尔克尔说。在NC状态的学生。
新的“文件预览”技术也兼容DNA富集和嵌套分离（致密）系统这是研究人员为了使DNA数据存储更实用而发明的。通过引入改进的数据文件标记和检索技术，DENSe有效地提高了DNA存储系统的可伸缩性。
“我们目前正在寻找行业合作伙伴，帮助我们探索这项技术的商业可行性，”Keung说。
本文，“基于DNA的数据存储中的智慧文件操作的混杂分子，“发表在自然通信。本文由Elaine Indermaur共同撰写，该本科在NC状态。
这项工作是通过国家科学基金会的支持，根据授权1650148,1901324和2027655;从国家需要奖学金领域的教育部门援助。
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编辑注：研究摘要跟随。
“基于dna数据存储的混杂分子智能文件操作”
作者：Kyle J. Tomek，Kevin Volkel，Elaine W. Indermaur，James M. Tuck and Albert J. Keung，北卡罗来纳州立大学
发表：6月10日，自然通信
迪伊: 10.1038 / s41467 - 021 - 23669 - w
抽象的：由于DNA的密度、寿命以及资源和能源的节约，它作为一种数据存储介质具有重要的前景。这些优点来自于DNA固有的生物分子结构，这与传统的存储介质不同。DNA存储的独特分子结构也引发了关于数据应该如何组织、访问和操纵以及可能出现的新功能的重要讨论。在这里，我们利用生物分子相互作用的热力学调整来实现新的和有用的数据访问和组织特征。筛选特定的环境条件，包括不同的DNA浓度和温度，以确定它们是否能够切换访问从gb大小的背景数据库中编码完整图像文件的所有DNA链或编码低分辨率“文件预览”版本的这些链的子集。我们用四张JPEG图像演示了文件预览，并为这种可概括的数据组织策略的实质性和实际经济效益提供了论证。
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