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                中国研讨职员:细菌细胞的混淆培育可完成经济的DNA大范围存储

                2020-10-19 18:57泉源:中国存储网
                导读:天然杂志上宣布了一篇中国科研职员的论文《细菌细胞的混淆培育可完成经济的DNA大范围存储》。

                克日,天然杂志上宣布了一篇中国科研职员的论文《细菌细胞的混淆培育可完成经济的DNA大范围存储》,该文由天津大学化学工程与技能学院,天津生物零碎工程教诲部重点实行室,闵浩,乔红艳,高彦敏,王兆冠,王新冠,乔新等结合撰写。

                文章择要: 

                DNA成为海量数据存储的一种新型潜伏资料,为便宜地处理大数据存储题目提供了能够性。较大的寡核苷酸池表现了在试管中停止大范围数据存储的宏大潜力,同时,活细胞在信息复制中具有很高的保真度。在这里,我们表现了携带大寡聚体的细菌细胞的混淆培育物,该大寡聚体组装在高拷贝数质粒中,被作为波动的资料用于大范围数据存储。经过深化的生物信息学剖析探究了根本原理。虽然同源拆卸表现出序列配景依赖性偏向,但是混淆培育物中的大寡核苷酸库在多个延续传代中是恒定的。终极,将超越2万个Kbps的10,000个差别的寡核苷酸编码为445 KB数字数据,并将其存储在单位中。

                在这里,我们证明白带有少量寡核苷酸池的细菌细胞的混淆培育物是一种经济且可继续的资料,用于波动的信息存储,可以从高通量芯片分解中存储超过数百个核苷酸的DNA寡核苷酸。BASIC代码零碎因此前在我们实行室中开辟的一种DNA介导的散布式信息存储零碎,用于将数字二进制信息转换为核苷酸基序列,在软件级另外编码冗余度为1.56%,可以忍耐多数寡核苷酸的物理缺失。经过打破极限,贮存了由509和11520个差别的寡核苷酸构成的寡核苷酸池,这些细菌在细菌细胞的混淆培育物中发生了最大的陈诉种群。为了掩盖十分少的寡头种群,我们以多余的方法组装它们,然后将它们以混淆培育的方式保管在固体平板或液体培育基中。别的,运用专门开辟的深度生物信息学剖析东西探究了数据存储单位制造的根本原理。

                后果标明,寡核苷酸同源拆卸对序列上下文具有绝对较高的偏向,而且寡核苷酸拷贝数散布随着拆卸中片断数量的添加而越来越不合错误称。但是,在组装和转化后,我们发明少量的寡聚核苷酸在混淆培育中坚持波动。后果标明,寡核苷酸同源拆卸对序列上下文具有绝对较高的偏向,而且寡核苷酸拷贝数散布随着拆卸中片断数量的添加而越来越不合错误称。但是,在组装和转化后,我们发明少量的寡聚核苷酸在混淆培育中坚持波动。后果标明,寡核苷酸同源拆卸对序列上下文具有绝对较高的偏向,而且寡核苷酸拷贝数散布随着拆卸中片断数量的添加而越来越不合错误称。但是,在组装和转化后,我们发明少量的寡聚核苷酸在混淆培育中坚持波动。大肠杆菌细胞乃至颠末屡次传代,并坚持了数字数据的质量,可以完满地停止信息解码。

                最初,可以证明,这种基于细菌细胞混淆培育的复杂资料以疾速,经济的方法完成了以445 KB的数字文件在统共2304 Kbps的分解DNA中的体内存储。据我们所知,这是迄今为止所报道的活细胞中范围最大的档案数据存储,这为以经济无效的方法应用活细胞的体外分解才能和生物才能两者停止生物数据存储摊平了路途。关于大范围开辟适用的冷数据存储至关紧张。

                中国研讨职员:细菌细胞的混淆培育可完成经济的DNA大范围存储

                菌株和培育条件

                运用具有电感觉态才能的大肠杆菌DH10β停止克隆,并购自Biomed Co.,Ltd.(中国北京)。氨苄西林的抗生素运用量为100 mg / mL。除非尚有阐明,不然将细胞在Luria-Bertani(LB)肉汤中以220 rpm动摇培育,或在LB琼脂平板上于37°C培育。

                图书馆建立

                为了组装509个序列,分解了寡核苷酸库,而且冻干的库由192个nt的11,776个寡核苷酸(由Twist Bioscience分解)构成,每个寡核苷酸中包罗152nt的无效载荷。将池重悬于1x TE缓冲液中,终浓度为2 ng /μL。此中一个文件509寡核苷酸的正面是预混淆引物F02 / R02的联合位点。PCR运用Q5®高保真DNA聚合酶(NEB#M0491)和引物F01-F04 / R01-F04(10 ng寡核苷酸,2.5μL每种引物混淆物(100 mM),0.5μLQ5高保真DNA聚合酶,在50μL反响中参加4μL2.5 mM dNTP)。热循环条件如下:在98℃下5分钟;在室温下5分钟。10个周期:98°C下10 s,56°C下30 s,72°C下30 s,然后在72°C下延伸5分钟。然后运用Plus DNA Clean / Extraction Kit(GMbiolab Co,Ltd.2 O.该库被以为是主池并在2%琼脂糖凝胶,以验证准确的巨细运转。为了拆卸11520个序列,分解的DNA库由200个核苷酸的11520个寡核苷酸构成(由Twist Bioscience分解),此中包罗155个核苷酸的无效负载,两侧是引物F1 / R1的联合位点(增补图 3)。将冻干的兼并液在1x TE缓冲液中重新水化,并运用上述方案扩增文件。

                引物同源臂设计的盘算战略

                引物包罗三个局部,一个是用于吉布森拆卸的同源臂(同源臂),另一个是核酸内切酶辨认位点的Not I,最初一个是地点序列。施行引物设盘算法,以编码运用PCR消费拆卸片断的规矩。引物同源臂是运用NUPACK(http://www.nupack.org)设计的。判定出满意以下规矩的用于同源臂设计的引物组:(1)同源臂长度25nt;(2)鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)含量为40-60%;(3)各同源臂之间无互相作用。经过一切上述测试的选定引物作为准确对提供,可发生界说巨细的乘积(增补图 1)。和2)。

                组装实行

                关于主链制备,将pUC19质粒用作PCR的模板。运用最大DNA聚合酶(Takara#R045Q)和引物组PCR-vactor-F / R停止PCR。热循环扩增了30个循环,包罗在98°C变性15 s,在55°C退火5 s和在72°C引物延伸20 s。然后运用Plus DNA Clean / Extraction Kit(GMbiolab Co,Ltd.#DP034P)经过凝胶切割纯化PCR产品,并在30μLddH 2 O中洗脱。

                关于509寡核苷酸池拆卸片断的制备,我们从如上所述的主池开端。运用Q5®高保真DNA聚合酶和相应的引物(差别序列在增补表1中表现),用差别的同源臂制备片断 。模板运用来自主库的0.2 ng寡核苷酸输出停止50μLPCR反响。初始变性在98°C停止5分钟。然落伍行20个PCR循环,包罗在98°C变性30 s,在56°C退火30 s和在72°C引物延伸20 s。最初,将溶液在72°C下孵育5分钟以停止PCR反响。然后运用Plus DNA Clean / Extraction Kit(Gmbiolab,#DP034P)纯化文库,并在30μLddH 2中洗脱O.终极库在与上述相反的条件下运转。然后依据用户手册运用GibsonAssembly®预混料-组合件(NEB,#E2611)。

                关于11520寡核苷酸池拆卸片断的制备,我们从如上所述的主池开端。运用2xEasyTaq®PCR SuperMix(AS111,TRANS)和相应的引物,在差别的同源臂上制备片断(序列表现在增补表 1和增补图 4中)。该模板未来自主库的20 ng寡核苷酸输出用于50μLPCR反响中。初始变性在94°C下停止2分钟。随落伍行10个PCR循环,包罗在94°C变性30 s,在53°C退火30 s和在72°C引物延伸20 s。最初,将溶液在72°C下孵育5分钟以停止PCR反响。然后纯化文库并在100μLddH 2中洗脱O.依据用户手册运用NEBuilder®HiFi DNA组装克隆试剂盒(NEB,#E5520)。

                以上仅为局部内容摘录,该文天然杂志地点:http://www.nature.com/articles/s42003-020-01141-7

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                要害词 :
                DNA存储技能
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