A Robust and Efficient DNA Storage Architecture Based on Modulation Encoding and Decoding

计算机科学 解码方法 稳健性(进化) 编码(内存) DNA运算 算法 调制(音乐) 生物 人工智能 计算 生物化学 基因 美学 哲学
作者
Xiangzhen Zan,Ranze Xie,Xiangyu Yao,Peng Xu,Wenbin Liu
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:63 (12): 3967-3976 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.3c00629
摘要

Synthetic DNA has been widely considered an attractive medium for digital data storage. However, the random insertion-deletion-substitution (IDS) errors in the sequenced reads still remain a critical challenge to reliable data recovery. Motivated by the modulation technique in the communication field, we propose a new DNA storage architecture to solve this problem. The main idea is that all binary data are modulated into DNA sequences with the same AT/GC patterns, which facilitate the detection of indels in noisy reads. The modulation signal could not only satisfy the encoding constraints but also serve as prior information to detect the potential positions of errors. Experiments on simulation and real data sets demonstrate that modulation encoding provides a simple way to comply with biological constraints for sequence encoding (i.e., balanced GC content and avoiding homopolymers). Furthermore, modulation decoding is highly efficient and extremely robust, which can correct up to ∼40% of errors. In addition, it is robust to imperfect clustering reconstruction, which is very common in practice. Although our method has a relatively low logical density of 1.0 bits/nt, its high robustness may provide a wide space for developing low-cost synthetic technologies. We believe this new architecture may boost the early coming of large-scale DNA storage applications in the future.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
SATone完成签到,获得积分10
刚刚
勤恳的珊发布了新的文献求助10
刚刚
Shamy发布了新的文献求助10
刚刚
zdw完成签到,获得积分10
刚刚
共享精神应助了该采纳,获得10
1秒前
02的秋天发布了新的文献求助10
1秒前
赫连人杰完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
百香果完成签到 ,获得积分10
2秒前
321发布了新的文献求助10
2秒前
Yonina发布了新的文献求助10
2秒前
小二郎应助白若宇采纳,获得10
3秒前
3秒前
尼斯湖中的小水怪完成签到 ,获得积分10
3秒前
爱听歌发布了新的文献求助10
4秒前
qishui完成签到,获得积分10
4秒前
仓颉发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
阿布杜合力力完成签到,获得积分10
5秒前
冷酷的松思完成签到,获得积分10
5秒前
天天快乐应助patato采纳,获得10
5秒前
李健应助stable采纳,获得10
6秒前
6秒前
太年轻发布了新的文献求助10
6秒前
小赵发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
Echo完成签到,获得积分10
6秒前
JamesPei应助周而复始@采纳,获得10
6秒前
yaruyou发布了新的文献求助10
7秒前
加油加油完成签到 ,获得积分10
7秒前
霸气南珍发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
小迷糊完成签到 ,获得积分10
7秒前
pplynl完成签到,获得积分0
8秒前
莫向秋完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
8秒前
田様应助maclogos采纳,获得10
8秒前
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 590
Évora na Idade Média 555
Soil mites of the family Rhagidiidae (Actinedida: Eupodoidea). Morphology, Systematics, Ecology 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Radical Reactions 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7356699
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8967448
关于积分的说明 19054150
捐赠科研通 7004371
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3222316
关于科研通互助平台的介绍 2386476
邀请新用户注册赠送积分活动 2202898