我國科學(xué)家提出DNA信息存儲陰陽雙編碼新方法

DNA存儲是由DNA高通量合成與測序技術(shù)催生的信息與生物相融合的新領(lǐng)域，通過DNA分子的堿基序列直接編碼數(shù)字信息，由高通量合成技術(shù)合成序列進(jìn)行信息寫入，并利用高通量測序技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的讀取，以實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的信息還原。DNA存儲的編解碼，是DNA存儲中最重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響了存儲信息的穩(wěn)定性及可靠恢復(fù)性。直接套用的信道編碼技術(shù)有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)類型偏好性，因此在實(shí)際的存儲應(yīng)用中存在較高的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。

近日，深圳華大生命科學(xué)研究院研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Computational Science》上發(fā)表了題為“Towards Practical and Robust DNA-Based Data Archiving Using ‘Yin-Yang Codec’ System”的研究論文，提出了一套DNA信息存儲專用的比特-堿基編解碼系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)從DNA雙鏈模型中受到啟發(fā)，結(jié)合中華文化中“陰陽”對立統(tǒng)一的思想，將其巧妙應(yīng)用到DNA編解碼系統(tǒng)當(dāng)中，以兩套不同的規(guī)則，分別對兩條二進(jìn)制信息進(jìn)行“一對一”編譯轉(zhuǎn)換，再取兩者統(tǒng)一交集的部分為最終解，實(shí)現(xiàn)將兩條獨(dú)立的信息組合統(tǒng)一為一串DNA序列。同時引入篩選機(jī)制，將與現(xiàn)有合成測序技術(shù)兼容性不佳的序列通過預(yù)先設(shè)置的篩選條件進(jìn)行過濾。研究通過編碼學(xué)的理論推導(dǎo)以及不同數(shù)據(jù)類型文件的模擬編碼與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該系統(tǒng)在保證信息密度的前提下，在數(shù)據(jù)恢復(fù)穩(wěn)定性與存儲密度方面體現(xiàn)顯著的性能提升，每克DNA能存儲的信息量約為 432.2 EB。

該研究為DNA信息存儲的應(yīng)用提供了一種高密度、高穩(wěn)定性的比特-堿基編解碼方法，并完成了體內(nèi)外兩種模式的信息存儲實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；研究開發(fā)了一種全新的DNA存儲編碼方法，為DNA存儲的多類型應(yīng)用提供了重要工具，有望在海量數(shù)據(jù)長期存儲的新型介質(zhì)研究中起到積極的推動作用。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s43588-022-00231-2

注：此研究成果摘自《Nature Computational Science》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。

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