來自北卡羅萊納州立大學的研究人員開發了一種DNA數據存儲系統的全新方法，使用戶能夠在不破壞數據文件的情況下讀取或修改數據文件，并使該系統更容易用于實際應用。

“大多數現有的DNA數據存儲系統依賴聚合酶鏈反應(PCR)來訪問存儲的文件，這在復制信息方面非常有效，但也帶來了一些重大的挑戰，”Albert Keung說，他是一篇關于這項工作的論文的共同通訊作者。他說:“我們開發了一種稱為動態操作和可重復使用信息存儲(DORIS)的系統，它不依賴于PCR。這幫助我們解決了DNA數據存儲技術在實際應用中面臨的一些關鍵障礙。”強是北卡州立大學化學與生物分子工程學助理教授。

DNA數據存儲系統有可能比現有同等規模的系統存儲更多數量級的信息。然而，現有技術很難解決與實際實現相關的一系列問題。

目前的系統依賴于被稱為引物結合序列的DNA序列，這些序列被添加到儲存信息的DNA鏈末端。簡言之，DNA的引物結合序列作為文件名。當你想要一個給定的文件時，你會檢索出帶有該序列的DNA鏈。

DNA數據存儲技術的許多實際障礙都與使用PCR來檢索存儲的數據有關。依賴PCR的系統必須大幅提高和降低存儲的遺傳物質的溫度，以撕裂雙鏈DNA，揭示引物結合序列。這導致了所有的dna——引物結合序列和數據存儲序列——在一種基因湯中自由游動。然后，現有的技術可以通過聚合酶鏈反應(PCR)在湯中排序，找到、檢索和復制相關的DNA。溫度的波動對開發實用技術來說是個問題，而PCR技術本身也逐漸消耗或耗盡了被檢索文件的原始版本。

多麗絲采取了不同的方法。桃瑞絲沒有使用雙鏈DNA作為引物結合序列，而是使用了一個由單鏈DNA組成的“懸挑”——就像一條尾巴，在雙鏈DNA后面流動，而雙鏈DNA實際上是存儲數據的。傳統的技術需要溫度波動來撕裂DNA以找到相關的引物結合序列，而使用單鏈懸垂意味著DORIS可以在不干擾雙鏈DNA的情況下找到合適的引物結合序列。

“換句話說，多麗絲可以在室溫下工作，這使得開發DNA數據管理技術在現實場景中更加可行，”該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學電子和計算機工程教授詹姆斯·塔克(James Tuck)說。

不必撕開DNA鏈的另一個好處是，懸垂部分的DNA序列可以與在數據文件本身的雙鏈區域發現的序列相同。在以pcr為基礎的系統中，這很難在不犧牲信息密度的情況下實現，因為該系統無法區分引物結合序列和數據存儲序列。

“多麗絲使我們大大增加了系統的信息密度，也使它更容易擴大規模來處理真正的大型數據庫，”Kevin Lin說，他是該論文的第一作者，也是NC州立大學的博士生。

一旦DORIS識別出正確的DNA序列，它就不需要依靠PCR來進行復制。相反，桃瑞絲把DNA轉錄成RNA，然后RNA又轉錄回DNA，這樣數據存儲系統就可以讀取了。換句話說，DORIS不必使用原始文件來讀取它。

單股懸垂還可以修改，允許用戶重命名文件、刪除文件或“鎖定”文件——有效地讓其他用戶看不到它們。

“我們已經開發了一個多麗絲的功能原型，所以我們知道它是有效的，”Keung說。“我們現在有興趣擴大它的規模，加快它的速度，并將其放入一個設備中，使過程自動化，使其對用戶更加友好。”