Information stored in nanoscale: Encoding data in a single DNA strand with Base64

冗余(工程) DNA 计算机数据存储 计算机科学 质粒 错误检测和纠正 编码(内存) 碱基对 算法 计算生物学 生物 计算机硬件 遗传学 操作系统 人工智能
作者
Yi Zhang,Linlin Kong,Fei Wang,Bo Li,Chao Ma,Dong Chen,Kai Li,Chunhai Fan,Hongjie Zhang
出处
期刊:Nano Today [Elsevier]
卷期号:33: 100871-100871 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.nantod.2020.100871
摘要

DNA as a storage medium has enormous potential because of its high storage density, but the produced redundancy limits this potential. The introduction of less error corrections to fully increase the storage density in DNA remains a major challenge. To address this, an optimized Base64 method is developed and accordingly we realized a high specific storage density of 1.77 bits/nucleotide in a DNA single strand. In this strategy, by Base64 encoding, code reshaping and balancing, and data mapping, some random text information was encoded into a DNA sequence and the corresponding DNA molecule was synthesized. It was then inserted into a circular plasmid for long-term information storage. This is also particularly suitable for information replication at an exponential rate when it is transformed in a bacterium. The introduction of balance codes during the transcoding process effectively controlled the GC content and continuous base repeat, which is important to reduce the error rates in the encoded DNA synthesis and sequencing. Moreover, the circular plasmid platform enhanced the storage stability and sequencing accuracy. Therefore, our approach achieved a robust and high efficient storage and an accurate readout of digital data.
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