科研前线

Science
...

Nat Nanotechnol 2018 回顾 | Yaakov Benenson团队实现活细胞内遗传程序的压缩与自主解压缩

2022-06-29

瑞士苏黎世联邦理工学院的Yaakov Benenson团队设计了遗传程序在活细胞内的压缩、自主解压和运行程序。其使用包含冗余DNA序列的RNAi细胞分类器,仅在同一序列中重组四个miRNA靶向位点即实现了十基因四输入的“和”门电路的压缩和解码,证实复杂遗传程序可以在有限容量的DNA序列中装载和按需激活。相关工作于2017年11月13日发表在Nature Nanotechnology,原题Genetic programs can be compressed and autonomously decompressed in live cells。

详情 >>
...

Nature Biotechnology 2018回顾 | 大规模DNA数据存储中的随机读取

2022-06-27

华盛顿大学和微软研究院的研究团队提出一种大规模DNA数据存储框架,并实现了文件的随机读取。通过将35个大小从29KB到44MB、总计超过200MB的文件编码为DNA,创建了一个包含高清视频、图片、音频和文本数据类型的大型DNA库。此数据量比之前工作高一个数量级。团队设计了用于随机读取的引物生成程序和引物库,同时开发了通过最大化序列信息来降低解码所需测序覆盖率的算法。并通过实验模拟验证了其有效性。相关工作于2018年2月发表在Nature Biotechnology,对大规模DNA数据存储进行了初步的尝试,并为单个文件的随机读取提供了新的思路。原题Random access in large-scale DNA data storage。

详情 >>
...

Nature chemistry 2018回顾 | 尹鹏团队开发自主合成任意单链DNA新技术

2022-06-24

DNA在生物学、纳米技术、信息技术等多个领域中发挥着重要功能,但目前自主合成单链DNA分子的方法有限。为解决此问题,哈佛大学Wyss生物工程研究所的尹鹏团队提出“引物交换反应(PER)”概念,可令单链DNA分子按照规定的反应途径和预先设计好的序列进行自主合成及装配。PER合成以可编程、自主、原位和环境响应的方式进行,为设计和制造新一代可编程的分子机器人提供有力工具,在DNA存储、DNA折纸等先进合成生物学领域有着广泛应用前景。相关工作发表在Nature Chemistry上,题为“Programmable autonomous synthesis of single-stranded DNA”。

详情 >>
...

F1000Res 2018 回顾 | 跨学科团队如何在DNA存储沟通合作

2022-06-22

DNA存储已成为一个热门领域,许多跨学科团队正在组建并合作,试图利用DNA的众多优势构建可行的信息存储系统。Emily E. Hesketh团队联合Nick Goldman团队创建了一个词汇表和受控词汇表,作为基于云的共享文档,实现不同学科专家间更开放包容的讨论,也为更多跨学科领域沟通提供了范式。相关工作于2018年1月10日发表在F1000Research,原题Improving communication for interdisciplinary teams working on storage of digital information in DNA。

详情 >>
...

Sci Rep 2018 回顾 | 可重写和随机存取信息的荧光DNA芯片

2022-06-20

韩国生物科学与生物技术研究所 (KRIBB) 的Tai Hwan Ha及Moonil Kim 团队开发了一种基于DNA链置换和DNA杂交的荧光芯片系统,用于构建可重写和随机访问的数据存储设备。5 字节文本-KRIBB 共 40 位数据被存储进团队开发的微流控芯片中。相关工作于2018年1月10日发表于Scientific Reports,为完整的DNA存储硬件设备开发提供了范本。原题On-Chip Fluorescence Switching System for Constructing a Rewritable Random Access Data Storage Device。

详情 >>
...

C-ATOM 中科碳元丨DNA存储进展

2022-06-17

加利福尼亚大学圣地亚哥分校生物工程系Youngjun Song团队在电极阵列微芯片的基础上,利用电场诱导的荧光DNA杂交和链置换技术实现了数据的快速写入,便捷读取和逻辑操作能力一体化。相关工作于2018年1月18日发表在Nature Communications,原题DNA multi-bit non-volatile memory and bit-shifting operations using addressable electrode arrays and electric field-induced hybridization。

详情 >>
...

Science 2017 回顾 | Harris H. Wang团队开发生物磁带记录时程信号

2022-06-15

哥伦比亚大学Harris H. Wang团队开发了基于CRISPR阵列延伸的时间记录仪(TRACE),利用工程改造细胞群体在时间变化生物信号刺激下扩增DNA,之后使用CRISPR-Cas系统进行记录。相关工作革新了动态细胞过程与复杂环境变化监测领域,于2017年11月23日发表在Science,原题Multiplex recording of cellular events over time on CRISPR biological tape。

详情 >>
...

Nucleic Acids Research 2017 回顾 | 可写入、擦除和重写以及逻辑操作的DNA记忆系统

2022-06-13

美国纽约州立大学奥尔巴尼分校RNA研究所Arun Richard Chandrasekaran 团队提出了一种基于DNA自组装和粘性末端介导的链置换原理的多位DNA存储系统,该系统可以实现字母/数字/符号的写入、擦除和重写以及逻辑操作功能。相关工作于2017年8月30日发表在Nucleic Acids Research,原题Addressable configurations of DNA nanostructures for rewritable memory。

详情 >>
...

Nature Communications2017 回顾 | 长链数字聚合物序列的质谱测序方法

2022-06-10

斯特拉斯堡大学的Laurence Charles团队与克斯马赛大学的Jean-François Lutz团队合作开发出了一种应用于长链聚合物的质谱测序方法,该方法无需依赖其它先进的分析技术,就能够读出存储在长链聚合物中的二进制信息。该合作团队在原有的对比特级信息成果测序的基础上,进一步将测序单元的长度扩增到了字节级(8个比特),并且完成了存储有8字节信息的非天然大分子序列的测序。相关工作于2017年10月17日发表在Nature Communications,原标题为Mass spectrometry sequencing of long digital polymers facilitated by programmed inter-byte fragmentation。

详情 >>
...

Nature 2017 回顾 | George Church团队提出动态图像的DNA存储策略

2022-06-08

哈佛大学医学院、Wyss研究所George Church团队报道了使用 CRISPR–Cas 系统将黑白图像和短片的像素值编码到活细菌种群的基因组中。在这项研究中,Church团队采用了两种策略,在菌群中通过时间尺度上编码写入多个图像,分别生成了56×56 像素与30×30 像素的图像,以及一个36×26 像素、信息量约为 2.6 KB的5帧短片。相关工作以Letter形式于2017年7月12日发表在Nature上,大大拓展了DNA的图像存储能力,原题CRISPR–Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria。

详情 >>
...

Scientific Reports 2017回顾 | 基于DNA的便携式及无差错数据存储

2022-06-06

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Olgica Milenkovic团队建立一个新的DNA数据存储平台,通过集成处理通道,对数据进行编码从而降低序列合成成本和减少序列测序错误。通过寻址实现随机访问,新的迭代比对和纠错码方法实现高效的便携测序。在本研究中,运用该系统对两张图片进行了极低差错率的存储与读取。该方法标志着DNA分子作为数据存储媒介实际应用迈出了重要的一步。原题Portable and Error-Free DNA-Based Data Storage,于2017年发表在Scientific Reports。

详情 >>
...

Science 2017回顾 | 喷泉编码—一种稳定高效的DNA存储方法

2022-06-03

哥伦比亚大学的两位研究人员探索了喷泉编码(一种在通信行业内广泛使用的信息编码方式)在DNA存储方面的应用潜力。利用这一方法,研究人员成功将2.14MB的数据量(包括一个完整的计算机操作系统、电影和其他文件)存储进DNA。最终该团队完成了对每克DNA存储215PB数据的存储密度的检索测试,这比此前研究中提出的方法提高了几个数量级。相关工作于2017年3月3日发表在Science,原题DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture。

详情 >>
...

Procedia Computer Science 2016 回顾 | DNA存储的前向纠错机制

2022-06-01

特艺公司研创中心联合哈佛医学院团队提出了一种DNA存储的前向纠错机制,通过将二进制映射到核苷酸序列的调制策略,在DNA最大运行长度限制下,实现对DNA存储数据块和块地址的保护,并成功存储了一个22 MB的压缩视频。相关工作于2016年发表在Procedia Computer Science,原题Forward Error Correction for DNA Data Storage。

详情 >>
...

Nature 2016综述 |存储全世界数据的新工具—DNA

2022-05-30

本文回顾Nick Goldman等科学家在DNA存储的工作,并且指出了DNA存储是芯片数据存储的最有力竞争者之一。总结了目前DNA存储的优势与挑战。首先是长期存储,尽管目前读写还存在可靠性的问题,但相比芯片存储材料,DNA存储保存数据的时间更长更稳定。其次,目前DNA存储属于新兴领域,新方法在迅速发展。尽管存在成本高及合成速度慢等问题,但Goldman等仍认为未来可期。原题:How DNA could store all the world ’s data.

详情 >>
...

Angew Chem 2016 回顾 | 基于表观遗传调控开发使用单一DNA模板的新多层数据存储方式

2022-05-27

来自剑桥大学的Shankar Balasubramanian 团队受到表观遗传信息的动态、生物调节的启发,在本文中,介绍了二进制数据在合成DNA链中编码时如何发生可控的变化。通过利用胞嘧啶及其天然衍生物的水解脱氨反应的不同动力学,本文展示了如何将多层信息存储在一个单一的DNA模板中,从而便于储存更多的二进制信息。

详情 >>
...

Nature 2016回顾 | George Church团队谈DNA存储的优势和前景

2022-05-25

如今,人们对信息存储的需求日益增长,而DNA作为一种稳定、高效的存储物质吸引了诸多科学家的注意。DNA存储领域的“领跑者”George Church团队日前在Nature materials上发表了题为“Nucleic acid memory”的评论,着重讨论了非生物过程中DNA存储的优势,包括更长的信息保留时间、更高的信息密度和更小的能耗。作者认为,DNA可以成为一种良好的核酸记忆产品存储材料,且有望成为电子记忆产品的替代品。

详情 >>
...

Sci Rep 2015 回顾 | Olgica Milenkovic团队实现DNA数据存储选择性访问与重写

2022-05-23

伊利诺伊大学电气与计算机工程系Olgica Milenkovic团队开发了一种可随机存取、选择性重写的高密度DNA存储系统,将维基百科中伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的历史,以及伯克利、哈佛、麻省理工、普林斯顿和斯坦福的介绍,共17KB的数据编写进DNA中,成功地选择性编辑了其中三所学校的信息。该编码方式的理论存储密度可达4.9×1020B/g,刷新了当时DNA存储密度的记录。相关工作于2015年9月18日发表在Scientific Reports,优化了DNA数据存储读写模式,原题A Rewritable, Random-Access DNA-Based Storage System。

详情 >>
...

Curr Opin Chem Biol 2015 回顾 | DNA纳米技术:老骥伏枥,志在新途

2022-05-20

美国麻省理工学院的Bijan Zakeri和Timothy K. Lu回顾了核酸测序与合成技术发展为DNA纳米技术在生物领域外带来的新应用,讨论了DNA的高容量性、静态存储性、稳定性、可再现性、非过时性等关键属性在数字通信和长期数据存储领域的优势,提出了解决序列伪装、DNA语言设计、读取/写入成本高和读取/写入速度慢等限制性问题,进一步实现DNA取代磁性光学存储介质,革新数字存储领域的展望。相关综述于2015年10月在Current Opinion in Chemical Biology发表,原题DNA nanotechnology: new adventures for an old warhorse。

详情 >>
...

Nat Commun 2015 回顾 | 可存储数字信息的非天然聚合物的设计与合成

2022-05-18

法国查尔斯萨德隆研究所(Institut Charles Sadron)的Jean-François Lutz团队开发了一种可以存储和检索数字信息的高分子聚合物。团队使用迭代策略合成了热敏感的高分子聚合物序列,并通过三个单体实现二进制代码:一个氮氧化合物作为间隔,两个可互换的酸酐分别定义为 “0”字节和 “1”字节。相关工作于2015年5月26日发表在Nature Communications上,为DNA以外的人工多聚分子介质存储数字信息方法提供了新的选择。原题Design and synthesis of digitally encoded polymers that can be decoded and erased。

详情 >>
...

J. Phys. Chem. B 2015 回顾 | 基于DNA计算解决路径规划问题

2022-05-16

DNA处理器相比于传统的硅器件,可以依赖于较少的材料实现大量数据储存和任务并发处理。来自南洋理工大学的舒建军团队开发了一种体外可编程的DNA处理器,用于解决最优路径规划问题。该处理器具有良好的多任务处理能力,或可作为导航系统的功能单位。相关工作于2015年发表在J. Phys. Chem. B,原题Programmable DNA-Mediated Multitasking Processor。

详情 >>
...

ANGEW 2015回顾 | Robert Grass团队提出引入纠错码的固态DNA数据存储体系

2022-05-13

瑞士苏黎世联邦理工学院化学与生物工程研究所Robert Grass团队开创性地将信息领域纠错码引入DNA存储体系,设计了包含内外两层纠错码的DNA数据编码方法,以提高对单碱基突变和整条序列丢失的处理能力。同时,为提高数据长期保存能力,提出在固态二氧化硅颗粒中进行DNA存储的保存方式。在将共计83kB的瑞士联邦宪章和阿基法编码为4991个DNA片段后,通过数据模拟和生物实验对上述编码方法和存储方式进行了验证。相关工作于2015年2月4日发表在Angewandte Chemie International Edition,为DNA数据的编码方式和保存方法提供了新的思路。原题Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes。

详情 >>
...

Briefings in Bioinformatics 回顾 | 高通量DNA序列数据压缩方法

2022-05-11

饼干变成质地紧密的压缩饼干更易保存,同样庞大的DNA序列数据也需要进行压缩。本文全面回顾和分类了基因组数据的压缩方法,并比对了压缩比、内存使用、压缩和解压缩时间等参数。文章进一步给出了当前挑战和未来潜在的研究方向。相关工作于2013年11月4日发表在Briefings in Bioinformatics,原题High-throughput DNA sequence data compression。

详情 >>
...

MBEC 2014回顾 | Ibbad Hafeez 团队提出一种新型高容量、抗突变的DNA数据隐藏方法

2022-05-09

巴基斯坦工程与应用科学研究所Ibbad Hafeez团队开发了一种高容量抗突变的DNA数据隐藏模型——DNA-LCEB,可以有效地在活体生物DNA序列中隐藏数据。该模型共包含数据嵌入、攻击、纠错以及数据提取四个模块。通过将待隐藏信息转为二进制数据,并对数据进行加密、无损压缩、增加纠错码后,按照规则转为核苷酸信息,进而利用氨基酸同义替换策略,将信息嵌入原始DNA序列中。相关工作于2014年9月7日发表在Medical & Biological Engineering & Computing,为利用生物体进行信息存储的研究带来了创新。原题DNA-LCEB: a high-capacity and mutation-resistant DNA data-hiding approach by employing encryption, error correcting codes, and hybrid twofold and fourfold codon-based strategy for synonymous substitution in amino acids。

详情 >>
...

Nat Chem. 2014 回顾丨合成聚合物在分子水平信息存储中的应用潜力

2022-05-06

随着信息技术的飞速发展,全球的数据存储量也急剧增加。与传统的磁盘或硬盘存储相比,合成多聚大分子因其极大的存储密度和便捷的操作性能逐渐引起人们的关注。本文是来自英国雷丁大学的Howard Colquhoun和Jean-François Lutz(现就职于法国斯特拉斯堡大学 )教授于2014年发表于Nature Chemistry的观点评述性文章,对包括DNA分子在内的各种信息编码大分子的研究现状进行了回顾,并对该领域未来面临的机遇和挑战进行了展望。

详情 >>
...

Nature 2013 回顾 | Nick Goldman团队革新DNA数据存储方式

2022-05-04

欧洲生物信息研究所Nick Goldman团队开发了一种高容量、低维护、长时期的DNA存储方式,成功将含154首莎士比亚十四行诗的ASCII文本文件、26秒马丁·路德·金“我有一个梦想”演讲录像的MP3文件、1篇1953年沃森和克里克发表的DNA双螺旋结构论文的PDF文件、1张欧洲生物信息研究所的彩色JPEG文件等5个文件编写进DNA中,总数据量为739KB,是当时最大的DNA存储容量。相关工作于2013年1月23日发表在Nature,革新了DNA数据存储方式,原题Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA.

详情 >>
...

Science 2012回顾 | George Church团队开创性提出DNA存储策略

2022-05-03

哈佛大学医学院、wyss研究所George Church团队开发了一种利用新一代DNA合成和测序技术的新DNA存储编码方案,可以用来编码任意数字信息。在这项研究中,Church将一本包含53426个单词、11个JPG图像和1个JavaScript程序的书顺利存进了DNA中,这便是在合成生物学领域颇具盛名的“丘奇之书”。相关工作于2012年8月16日发表在Science,宣告了DNA数据存储时代的到来,原题Next-Generation Digital Information Storage in DNA。

详情 >>
...

PNAS 2012回顾 | Drew Endy团队利用位点特异性重组酶实现可逆数据存储

2022-05-02

斯坦福大学的Drew Endy团队开发了一个重组酶可寻址数据(recombinase addressable data, RAD)模块,该模块能够利用位点特异性重组酶可逆地将数字信息存储在染色体内。在这项研究中,团队展示了核心 RAD 存储元件在没有异源基因表达的情况下进行的被动信息存储可随细胞分裂超过100次,并且经历上百次细胞分裂后依然可以重复切换而不会降低性能。原题 Rewritable digital data storage in live cells via engineered control of recombination directionality.

详情 >>
...

预告 | 走进DNA存储的造梦世界

2022-05-01

首先让我们开一个脑洞:如果地球正面临着一场文明倒退的毁灭性星际灾害,我们的文明和历史还能否得以保存?印刷的纸张会分解,电脑硬盘的存储会衰减,甚至石头都终将碎裂,该拿什么守护你,我的人类文明。

详情 >>