Network-Based DNA Data Storage
Tid: To 2026-09-17 kl 09.00
Plats: Hall Air & Fire, SciLifeLab, Tomtebodavägen 23, 171 65 Solna
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Shuai Lang , Genteknologi
Opponent: Professor Robert Grass, ETH Swiss Federal Institute of Technology
Handledare: Docent Ian T. Hoffecker, Genteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab; Professor Afshin Ahmadian, Genteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab
QC 2026-08-21
Abstract
Datalagring i DNA har väckt ett växande intresse som en potentiell lösning på de utmaningar som den snabbt ökande globala datagenereringen medför. Tekniken erbjuder tydliga fördelar jämfört med magnetiska lagringsmedier, däribland hög informationstäthet, lågt energibehov och långsiktig stabilitet. Etablerade strategier för att skriva data till DNA bygger vanligtvis på innehållsberoende biokemiska reaktioner, såsom de novo-syntes, molekylär modifiering eller biologisk registrering. Trots sin dokumenterade användbarhet kan dessa metoder begränsas av reaktionskinetik, kostnader och operationell komplexitet.
I denna avhandling introduceras write-by-partitioning, en nätverksbaserad strategi för datalagring i DNA, där information skrivs genom fysisk partitionering I stället för genom innehållsberoende biokemiska reaktioner. Metoden använder ett förkonstruerat nätverk av DNA-streckkoder, där de rumsliga relationerna mellan streckkoderna bevaras i form av närhetsberoende associationer. Data kodas genom att nätverket delas upp i segment och varje segment tilldelas en symbol utifrån den information som ska lagras. Vid avläsning sekvenseras associationerna mellan DNA-streckkoderna för att rekonstruera nätverket och härleda den ursprungliga symbolsekvensen.
Denna avhandling etablerar ett arbetsflöde för datakodning, rekonstruktion av nätverk och avkodning. Sambandet mellan nätverksegenskaper och prestanda för datalagring undersöks. Eftersom avkodningen är beroende av nätverksrekonstruktionen introduceras en metod för att utvärdera det rekonstruerade nätverkets rumsliga koherens. Arbetet visar att nätverksbaserad datalagring är genomförbar och tillhandahåller ett grundläggande ramverk för utveckling, utvärdering och optimering av framtida system.
Genom att ersätta innehållsberoende biokemisk skrivning med fysisk partitionering av ett förkonstruerat nätverk skulle write-by-partitioning kunna erbjuda en snabbare, mer skalbar och mer tillgänglig metod för datalagring i DNA. Utöver datalagring skulle de utvecklade koncepten och analysmetoderna kunna bidra till bredare tillämpningar av nätverk baserade på DNA-streckkoder.