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WO2020046009A1 - Method for storing digital information in dna molecule, and apparatus for same - Google Patents

Method for storing digital information in dna molecule, and apparatus for same Download PDF

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Publication number
WO2020046009A1
WO2020046009A1 PCT/KR2019/011070 KR2019011070W WO2020046009A1 WO 2020046009 A1 WO2020046009 A1 WO 2020046009A1 KR 2019011070 W KR2019011070 W KR 2019011070W WO 2020046009 A1 WO2020046009 A1 WO 2020046009A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dna
value
information
digital information
storing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2019/011070
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
안태진
반하민
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Handong Global University Industry-Academic Cooperation Foundation
Original Assignee
Handong Global University Industry-Academic Cooperation Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Handong Global University Industry-Academic Cooperation Foundation filed Critical Handong Global University Industry-Academic Cooperation Foundation
Publication of WO2020046009A1 publication Critical patent/WO2020046009A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B20/00ICT specially adapted for functional genomics or proteomics, e.g. genotype-phenotype associations
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B5/00ICT specially adapted for modelling or simulations in systems biology, e.g. gene-regulatory networks, protein interaction networks or metabolic networks
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B50/00ICT programming tools or database systems specially adapted for bioinformatics

Definitions

  • the present invention relates to a DNA molecule-based information storage technology, and more particularly, to a DNA molecule-based that can store digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset according to a digital data value.
  • the global data volume is expected to reach 40 ZB by 2020. Since 2007, the amount of data produced worldwide has exceeded that of storage, requiring a new type of storage. Magnetic tape, which is widely used as a long-term recording medium, has a limited data storage life of about 10 years, which requires continuous maintenance and management costs. In the case of semiconductor storage devices, HDDs and SSDs are typical, and HDDs are extremely vulnerable to shocks and have a lifespan of 250,000 hours and a maximum capacity limit. It is known to be short.
  • DNA sequencing has been mentioned as a long-term preservable storage medium for super-capacity information, and found the possibility of a new technology for storing super-capacity data in DNA structure.
  • DNA as is well known, is contained within cells, the smallest unit of an organism, and contains all the genetic information. According to the information that DNA has, all living things move as programmed. In humans, DNA contained in one single cell is composed of 3 billion pairs of nucleotide sequences, which is about 1TB in size when the size of the genetic information decoded. One single cell contains two strands of DNA, 2nm wide and 3m long. Therefore, DNA, the next generation biostorage that can theoretically store more than EB (10 18 ), is very suitable as a biomaterial for storing information intensively. The shelf life is more than 1,000 years and it is expected to be easy to store at low cost.
  • One embodiment technique for storing information in conventional DNA uses a method of storing information in the A, T, G, and C base portions of a DNA molecule, and the prior art uses a specific sequence for expressing information in order to store desired information. It is necessary to synthesize the information accurately, and because the accuracy of the synthesis cannot be guaranteed, the same information is synthesized in a large number of DNA molecules, and the long information is divided into small pieces and overlapped with each other to record the information.
  • This conventional technique is not a method of storing accurate information using a single molecule because it uses a large number of molecules to store information, and ultimately, the information must be restored as if a large number of molecules are voting. .
  • the fundamental reason for this approach is that there is a limit to the accuracy of oligonucleotide synthesis.
  • Embodiments of the present invention provide a DNA molecule-based information storage method and apparatus for storing digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.
  • DNA molecule-based information storage method comprises the steps of receiving digital information; And storing the received digital information using a pre-synthesized predetermined length DNA fragment corresponding to the first and second values of the digital data.
  • the DNA molecule-based information storage method further comprises the step of synthesizing the DNA fragments corresponding to the first value and the second value, wherein the DNA fragment has an electrical property of the DNA fragment It may include a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first value and the second value to be different.
  • the storing may include storing the digital information using the DNA fragments by connecting the DNA fragments using a primer including a loop structure.
  • the storing may store the digital information by using electrical characteristics of the DNA sequence of the DNA fragment.
  • the DNA fragment has a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays.
  • the storing may additionally store encoding information for decoding in the DNA fragment.
  • the DNA molecule-based information storage method may further include amplifying the DNA fragment in which the digital information is stored using an amplification primer.
  • DNA molecule-based information storage device includes a receiving unit for receiving digital information; And a storage unit for storing the received digital information using a pre-synthesized DNA fragment of a predetermined length corresponding to the first value and the second value of the digital data.
  • the DNA molecule-based information storage device further comprises a synthesis unit for synthesizing the DNA fragments corresponding to the first value and the second value, wherein the DNA fragment has an electrical property of the DNA fragment It may include a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first value and the second value to be different.
  • the storage unit may connect the DNA fragments by using a primer including a loop structure, thereby storing the digital information using the DNA fragments.
  • the storage unit may store the digital information by using electrical characteristics of the DNA sequence of the DNA fragment.
  • the DNA fragment has a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays.
  • the storage unit may additionally store encoding information for decoding in the DNA fragment.
  • the DNA molecule-based information storage device may further include an amplification unit for amplifying the DNA fragments stored with the digital information using an amplification primer.
  • digital information may be stored in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.
  • digital information can be stored using DNA fragments, it can be used as an information storage medium to supplement or replace a magnetic disk, and to store important information in a small space without electricity consumption in preparation for a fire or disaster. Can be stored safely.
  • digital information is stored using DNA fragments, it is robust to errors that may occur during synthesis, and digitally stored in DNA molecules using sequencing equipment, for example, nanopore sequencing equipment. Information can be read.
  • the present invention is a field of molecular computing that calculates the number of cases using the characteristics of DNA molecules that replicate itself, bioinformatics such as amplifying and storing DNA synthesized to store information or storing it in bacteria or the like (Bioinformatics). It can be applied to various fields such as digital information insertion for identifying a biostrain or virus with improved genome or virus identification, storage for information backup, and long-term storage of large data.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating an operation of a method for storing DNA molecule-based information according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows an example of comparing the existing method with the method according to the present invention.
  • Figure 3 shows an example for explaining the process of connecting the DNA fragments.
  • Figure 4 shows an example of storing the digital information using the Huffman code in the DNA molecule.
  • Figure 5 shows the configuration of the DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention.
  • This field of DNA-based information storage is a field of bioinformatics, and is led by countries that have attempted biological attempts such as amplifying and storing DNA synthesized to store information or storing it in bacteria.
  • Embodiments of the present invention by storing the digital information in the DNA molecule using a DNA fragment containing a sequence pattern that is set in advance corresponding to the digital data value, to be used as an information storage medium to complement or replace the magnetic disk
  • a DNA fragment containing a sequence pattern that is set in advance corresponding to the digital data value to be used as an information storage medium to complement or replace the magnetic disk
  • important information can be safely stored in a small space without electricity consumption, and digital information is stored using DNA fragments, so it is robust to errors that may occur during synthesis, and sequencing equipment, for example, Nanopore sequencing equipment can be used to read digital information stored in DNA molecules.
  • the present invention may store digital information by using a DNA fragment of a predetermined length synthesized with respect to a first value of digital data, for example, 1 and a second value, for example, 0, and the DNA fragment may include a first fragment.
  • a start sequence pattern comprising a value sequence pattern corresponding to the value or the second value, further indicating the beginning of the DNA fragment, an end sequence pattern indicating the end of the DNA fragment, and a ligation assay It may further comprise a linker sequence pattern for.
  • the linker sequence pattern can be placed to the left or right or front and back of the value sequence pattern, and the start sequence pattern and the end sequence pattern can be placed at the beginning and end of the DNA fragment.
  • DNA fragments may be linked by primers including a loop structure, and digital information may be stored in the linked DNA fragments.
  • the present invention can store the digital information corresponding to the Huffman code with respect to the digital information stored in the DNA fragment, the information on the encoding, that is, the encoding information can be stored in addition to the DNA fragment.
  • the encoding information is a signal indicating that the digital information starts in the DNA molecule (DNA sequence pattern), the total amount of digital information to be stored, information required to decode the digital information, and a signal indicating that the digital information recording portion of the DNA molecule ends (DNA sequence pattern). ),
  • Information recording date, information recorder and the like may include additional information, the information included in the encoding information is not limited to the above-mentioned information, in the present invention includes all the information needed for encoding and decoding digital information Can be.
  • the present invention may store digital information in a DNA molecule including DNA fragments, and then amplify the DNA fragment in which the digital information is stored using an amplification primer.
  • the present invention synthesizes in advance a DNA fragment comprising a value sequence pattern corresponding to the first value and the second value, the value sequence pattern included in the DNA fragment may have different electrical properties. That is, the present invention can store the digital information of the first value or the second value in the DNA molecule by using the electrical properties of the DNA sequence of the DNA fragment.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating an operation of a method for storing DNA molecule-based information according to an embodiment of the present invention.
  • the DNA molecule-based information storage method receives digital information and generates encoding information for use when decoding the received digital information (S110 and S120).
  • step S110 may be represented as various types of digital data by a method of encoding digital information to be stored.
  • step S110 may be converted to 24 bits per Hangul Hangul when encoded by the UTF8 encoding scheme, and may be converted from at least 3 bits to Hangul 7 bits per Hangul Hangul when encoded by the Huffman code.
  • step S110 if "Chinese language” is encoded by Hoffman code as shown in FIG. 4A, "I” is converted into 7 bits of "0111100”, and “D” is 6 of "100110". Is converted to 7 bits of "1110010”, “is” is converted to 6 bits of "101100”, “is” is converted to 4 bits of "0101”, and “medium” is “1110111”. Is converted to 7 bits of " station “ to 7 bits of " 0111000 ", thereby receiving 44 bits of digital information for information " China "
  • the encoding information generated in step S120 is a signal that digital information starts in the DNA molecule (DNA sequence pattern), for example, a start sequence pattern, the total amount of digital information to be stored, information necessary for decoding digital information, and digital information in the DNA molecule.
  • Signal that the recorded portion ends (DNA sequence pattern)
  • it may include additional information such as end sequence pattern, information recording date and information recorder, and may also include information about Huffman coding. That is, when storing digital information in the DNA molecule, step S120 may be a step of generating additional information necessary for restoration and storage integrity in addition to information to be recorded in the molecule.
  • step S110 and S120 and encoding information When the digital information to be stored is received in step S110 and S120 and encoding information is received, the digital information and the encoding information are stored in a DNA fragment pre-synthesized for the first value and the second value, and the DNA fragments are concatenated. (S130, S140).
  • the first value and the second value of the digital data may have different value sequence patterns that are preset so that the electrical properties of the DNA fragments are different.
  • the digital data value 0 may have a sequence pattern of "TTTTTTTTTT”, may have a sequence pattern of "TATT”, the digital data value 1 may have a sequence pattern of "CCCGGGGCCC”, or "ACCC” It may have a sequence pattern of.
  • the sequence pattern of each of these digital data values may be determined by the operator or individual providing the technology and may be pre-synthesized to have different electrical properties for sensing or reading the digital information stored in the DNA molecule. That is, the sequence patterns of the first value and the second value of the digital data are pre-synthesized.
  • the sequence pattern corresponding to the received digital information and the digital data bit values of the encoding information may be used as it is. have.
  • the DNA fragment in which the digital information is stored includes a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. ) Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays.
  • the DNA sequence segment consisting of the value sequence pattern of 0 and the linkers may be expressed as "GAGGTGAGGTGAGGTGAGGTTTTTTTTTAACTGAACTGAACTGAACTG", and the sequence pattern of the digital data value 1 is "CCCGGGGCCC
  • the sequence pattern for the linkers may have a random sequence, and may be a sequence linked to the front and back of the value sequence pattern or to the left and right.
  • the value sequence pattern and the linker sequence pattern may vary depending on the situation, and the length may also vary depending on the situation.
  • the start sequence pattern and the end sequence pattern may also be preset, for example, the start sequence pattern may be 35C “CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT” (start-5), or 39mer “TCAGATGTGGAGACGAGGCTGGTACTTGTGGAGCGACTG” (start-3),
  • the end sequence pattern may be "ATCGGGATATGATTGAGCAAGCAATGGCAAGATTGACGG” (end-5) of 39mer or "CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC” of 35mer.
  • the start sequence pattern and the end sequence pattern in the present invention may vary depending on the situation, and its length may also vary.
  • step S140 the process of linking the DNA fragments may be performed by repeatedly linking the DNA fragments to store a desired amount of digital information in the DNA molecule.
  • FIG. 3A two DNA fragments are sequentially connected.
  • Paste to create a first DNA segment group join two or more first segment groups in the desired order as shown in FIG. 3B to create a larger segment group, and group more fragments as shown in FIG. 3C.
  • Figure 3a and 3b To give a property that can repeat the process of Figure 3a and 3b to give.
  • the DNA fragments used in FIG. 3A include a linker to enable sequence and ligation assays for expressing digital information 0 and 1, and a start adapter and an end adapter capable of connecting DNA fragments in order.
  • End adapter and the ligation sequence for fragment linkage in FIG. 3B may use a primer including a loop structure.
  • the method according to the invention amplifies a DNA fragment in which digital information is stored and connected by using an amplification primer, thereby storing a large number of DNA molecules (S150).
  • step S150 has been described as amplifying DNA molecules using an amplification primer, the present invention is not limited thereto, and the DNA molecules may be amplified by culturing microorganisms to be put in the plasma vector.
  • the amplification primer sequence may be set in advance, for example, the amplification primer sequence may be "5 ⁇ CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT 3 ⁇ " or "5 ⁇ CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC 3 ⁇ .
  • the present invention is not limited to the amplification of DNA molecules by amplification primers and plasma vectors, and any method capable of amplifying DNA molecules can be used.
  • the method according to the present invention may store digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.
  • the method according to the present invention can store digital information by using DNA fragments, it can be used as an information storage medium to supplement or replace a magnetic disk, and to prepare important information in a small space without electricity consumption in case of fire or disaster. Can be stored safely.
  • digital information is stored using DNA fragments, it is robust to errors that may occur during synthesis, and digitally stored in DNA molecules using sequencing equipment, for example, nanopore sequencing equipment.
  • Information can be read. That is, the digital information stored in the DNA molecule by the method of the present invention can recognize the difference in fragments of a specific length through the difference in the electrical properties of the context of the DNA sequence using nanopore sequencing equipment. Therefore, even if there are some errors in the synthesis, the digital data values can be correctly recognized.
  • the digital information to be stored may be stored as the base "TAGCT" of DNA when "0100101101" is to be stored.
  • this method can generate a synthesis error, cannot be stored in one molecule due to sequencing error, and can destroy a molecule during sequencing.
  • the method according to the present invention is a method for storing digital information using a DNA fragment comprising a sequence pattern corresponding to digital data values 0 and 1, as shown in Figure 2b, the digital information to be stored "0100101101 In the case of ", by connecting the DNA fragments using DNA fragments for 0 and DNA fragments for 1, digital information can be stored using the DNA fragments.
  • digital data values 0 and 1 have been described to have different value sequence patterns in the present invention, the present invention is not limited thereto and may be pre-synthesized by the inclusion of a modified base.
  • a digital data value of 0 may consist of an unmodified base and have a sequence of 20 to 40 bp in length
  • a digital data value of 1 may include a modulated base and a sequence of 20 to 40 bp in length.
  • the modified base may include inosine, 5-hydroxymethylcytosine, or the like.
  • the method according to the present invention stores information based on the electrical characteristics of the DNA sequence, not the DNA sequence, so that digital information can be stored in one molecule using current synthesis and assay techniques.
  • the sequencing may not destroy the molecule. That is, the method according to the present invention is robust to errors that may occur during synthesis because the information is stored by characterizing the electrical characteristics of the DNA sequence, not the DNA sequence, and the DNA fragment of the promise length when reading the stored digital information. It is robust against calling errors because it determines the overall electrical characteristics. For example, in order to read digital information stored in a DNA molecule, the digital data values 0 and 1 can be determined by detecting the electrical signal of the entire DNA fragment of a predetermined length.
  • the sequence pattern when the value sequence pattern is stored in the DNA fragments, the sequence pattern may be read using the difference of the electrical signal detected by the nanopore sequencing equipment, and the digital data values 1 and 0 may be determined through the digital pattern storage.
  • the digital data value can be determined by detecting the electrical signal of the DNA fragment containing the modified base. The off may be set, and the cut off may be determined by an operator or an individual providing the corresponding technology, and the cut off may be determined through experiments or the like.
  • FIG. 4 illustrates an example of storing digital information using a Huffman code in a DNA molecule. As shown in FIG. 4, FIG. 4 illustrates a case of storing "Chinese words of the country" encoded by the Huffman code in a DNA molecule. will be.
  • the digital information encoded by the Huffman code for the data "Chinese Words" to be stored is 44 bits of "01111001001101110010101100010111101110111000", and this 44 bits of digital information is a value sequence pattern for 0. It is stored in DNA fragments using "TATT” and the value sequence pattern "ACCC” for 1, and can be made up of a 817mer DNA sequence as shown in FIG. 4B by concatenating DNA fragments in which respective digital data values are stored. .
  • the sequence patterns of a certain length arranged before and after or to the left and right of the value sequence patterns "TATT" and "ACCC” shown in FIG. 4B are linker sequence patterns, and the sequence pattern for the first predetermined length is the start sequence pattern, and the last The sequence pattern for a course may be an end sequence pattern. Since the linker sequence pattern is a random pattern with no information, when the digital information stored in a DNA molecule is read using a device such as a nanopore sequencing device, the start sequence pattern indicates the start of the digital information, and the value sequence pattern is determined. Through the digital data value stored, the end sequence pattern shows the end of the digital information, so the digital information stored in the DNA molecules.
  • encoding information such as the Huffman code may also be stored, and by decoding the digital information stored in the DNA molecule through the stored encoding information, it is understood that the information stored in the DNA molecule is "Chinese language" as shown in FIG. 4B. Can be.
  • the method according to the present invention is a single DNA molecule-based information storage method that can be implemented even in the presence of an oligonucleotide synthesis error, and can store information in a DNA fragment having a specific length rather than a base in the DNA molecule.
  • the digital data values can be stored in the DNA fragments by arranging the sequences so that the electrical properties of the DNA fragments are different or by using a modified base, even if there are some errors in the synthesis, the electrical properties of the context of the DNA sequence The difference allows us to recognize the difference in the segments of a certain length.
  • the conventional method records information in a single base, so that even if one or two bases are damaged, the stored information can be damaged, while the present invention records information in a DNA fragment that is longer than the base. Even if the dog's base is damaged, the information itself is robust.
  • the existing method overlaps the information so that it overlaps at least several hundred times per bit for accuracy. When the same number of molecules are used, the present invention may improve information accuracy than the existing method.
  • the present invention does not need to synthesize a new DNA sequence every time the digital information to be stored is different, and by connecting the DNA fragments expressing the synthesized 0 and 1 in the desired order, the digital information can be stored in the DNA molecule. have.
  • FIG. 5 illustrates a configuration of a DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention, and illustrates a configuration of an apparatus for performing the method described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the DNA molecule-based information storage device 500 includes a receiver 510, a synthesizer 520, a storage 530, and an amplifier 540.
  • the receiver 510 receives digital information to be stored.
  • the receiver 510 may encode the information to be stored by using a preset encoding scheme, for example, a Huffman code, and receive the encoded digital information.
  • a preset encoding scheme for example, a Huffman code
  • the synthesis unit 520 synthesizes DNA fragments corresponding to the first value and the second value, which are digital data values.
  • the desired digital information may be stored using the DNA fragments corresponding to the digital data values.
  • the DNA fragment synthesized by the synthesis unit 520 may include a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and the end of the DNA fragment. Linker sequence patterns for end sequence patterns and ligation assays.
  • the storage unit 530 stores the digital information received by the receiver 510 using a DNA fragment having a predetermined length corresponding to the first value and the second value.
  • the storage unit 530 may store the digital information and the encoding information in the DNA fragments pre-synthesized with respect to the first value and the second value, and connect the DNA fragments.
  • the storage unit 530 connects the DNA fragments corresponding to each of the digital data value of the digital information and the digital data value of the encoding information by using a primer including a loop structure, and repeats the connection process, thereby encoding the digital information and encoding.
  • Information can be stored in DNA molecules.
  • the storage unit 530 joins two DNA fragments in sequence to generate a first DNA fragment group, and joins two or more first fragment groups in a desired order to generate a larger fragment group. By repeating, the desired amount of digital information can be stored in the DNA molecule.
  • the amplifying unit 540 amplifies DNA fragments or DNA molecules in which digital information is stored by culturing microorganisms to be put in amplification primers or plasma vectors.
  • FIG. 5 Although the description of the apparatus of FIG. 5 is omitted, it will be apparent to those skilled in the art that the apparatus according to the present invention may include all the contents described in FIGS. 1 to 4.
  • the present invention may detect the digital information stored in the DNA molecule by the above-described method, and by confirming the sequence pattern for the digital data value through the difference in the electrical signal for the sequence of the DNA molecule, the digital stored in the DNA molecule
  • the data stored in the DNA molecules can be identified by recognizing the data values and decoding the digital data. That is, the present invention is not limited to the method of storing digital data in the DNA molecule, and may also include a method of reading digital information stored in the DNA molecule in this manner.
  • the present invention can detect the digital signal stored in the sequence pattern of the DNA molecule through the same method as the nanopore sequencing method, and detect the sequence pattern by using the detected electrical signal difference, thereby detecting the stored digital data. have.
  • the detection process detects the start sequence pattern in the DNA molecule, recognizes the beginning of storing the digital information, and confirms the value sequence pattern through the electrical signal difference for the DNA sequence after that portion, thereby saving the digital data stored in the DNA molecule.
  • digital data stored in the DNA molecule can be detected.
  • the detected digital data may identify corresponding information by using a preset decoding scheme.
  • the system or apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the systems, devices, and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs). ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • OS operating system
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.
  • other processing configurations are possible, such as parallel processors.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and may configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively. You can command the device.
  • Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted.
  • the software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner.
  • the software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to the embodiments may be embodied in the form of program instructions that may be executed by various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

Disclosed are a method for storing digital information in a DNA molecule, and an apparatus for same. A method for storing information on the basis of a DNA molecule, according to one embodiment of the present invention, comprises the steps of: receiving digital information; and storing the received digital information by using pre-synthesized DNA fragments of a predetermined length corresponding to first and second values of digital data.

Description

디지털 정보를 DNA 분자에 저장하는 방법 및 그 장치 Method and apparatus for storing digital information in DNA molecules

본 발명은 DNA 분자 기반 정보 저장 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디지털 데이터 값에 대응하여 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편(fragment)을 이용하여 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a DNA molecule-based information storage technology, and more particularly, to a DNA molecule-based that can store digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset according to a digital data value. An information storage method and apparatus therefor.

2020년이면 전세계 데이터량이 40 ZB에 이를 것으로 예측되며, 이미 2007년부터 전세계에서 생산되는 데이터량이 저장장치를 초과하여 새로운 방식의 저장장치가 필요하게 되었다. 장기 기록매체로서 널리 사용되고 있는 자기 테이프의 경우 데이터 저장 수명이 10년 정도로 제한되어 유지 및 관리비용이 지속적으로 요구 되고 있다. 반도체 저장장치의 경우 HDD와 SSD가 대표적인데, HDD의 경우 충격에 매우 취약하다는 점과 수명이 25만 시간, 그리고 최대 용량치에 한계가 있으며, SSD의 경우 충격에는 강하지만 수명이 상대적으로 HDD보다 짧다고 알려져 있다.The global data volume is expected to reach 40 ZB by 2020. Since 2007, the amount of data produced worldwide has exceeded that of storage, requiring a new type of storage. Magnetic tape, which is widely used as a long-term recording medium, has a limited data storage life of about 10 years, which requires continuous maintenance and management costs. In the case of semiconductor storage devices, HDDs and SSDs are typical, and HDDs are extremely vulnerable to shocks and have a lifespan of 250,000 hours and a maximum capacity limit. It is known to be short.

기존 정보 저장 매체가 직면한 데이터 저장밀도 한계를 해결 가능한 대체 기술로서 DNA 염기서열이 초대용량 정보의 장기 보존 가능한 스토리지 매체로 거론되었고, DNA 구조로 초대용량 데이터를 저장하는 새로운 기술의 가능성을 발견하였다. DNA는 잘 알려져 있듯이, 생물체의 가장 작은 단위인 세포 안에 들어있으며, 모든 유전정보를 담고 있다. DNA가 가지고 있는 정보에 따라 마치 모든 생물체는 프로그램 되어있는 대로 움직인다. 인간의 경우, 1개의 단일 세포에 들어있는 DNA는 30억쌍의 염기 서열로 구성되어 있고, 이를 모두 해독한 유전정보의 크기를 환산한다면 약 1TB정도의 용량이다. 그리고 1개의 단일세포에는 폭이 2nm, 길이가 3m나 되는 두 가닥의 DNA가 들어있다. 따라서 이론적으로 EB(10 18)이상 저장할 수 있는 차세대 바이오스토리지인 DNA는 초집약적으로 정보를 저장하기 위한 바이오소재로서 매우 적합하다. 저장 수명도 1,000년 이상이며, 저비용으로 저장이 용이할 것으로 보인다.As an alternative technology that can solve the limitation of data storage density faced by existing information storage media, DNA sequencing has been mentioned as a long-term preservable storage medium for super-capacity information, and found the possibility of a new technology for storing super-capacity data in DNA structure. . DNA, as is well known, is contained within cells, the smallest unit of an organism, and contains all the genetic information. According to the information that DNA has, all living things move as programmed. In humans, DNA contained in one single cell is composed of 3 billion pairs of nucleotide sequences, which is about 1TB in size when the size of the genetic information decoded. One single cell contains two strands of DNA, 2nm wide and 3m long. Therefore, DNA, the next generation biostorage that can theoretically store more than EB (10 18 ), is very suitable as a biomaterial for storing information intensively. The shelf life is more than 1,000 years and it is expected to be easy to store at low cost.

최근에는 폭발적으로 생산되는 데이터량이 저장매체의 용량을 초과하여 과부하를 일으키고 있는 실정이고, 이로 인해 새로운 저장매체를 개발하기 위한 시도가 계속해서 이루어지고 있다. 그 중 DNA를 이용하여 새로운 저장매체 개발의 시도는 매우 흥미롭다. DNA를 저장매체로 이용할 경우, 기존의 저장매체의 단점인 데이터 저장 밀도를 뛰어 넘을 수 있고, 물리적인 충격에도 안정적으로 정보를 저장할 수 있다.Recently, the explosive amount of data exceeds the capacity of the storage medium, causing overload, and thus, attempts to develop new storage media continue. Among them, the attempt to develop a new storage medium using DNA is very interesting. When DNA is used as a storage medium, the data storage density, which is a disadvantage of the existing storage medium, can be exceeded, and information can be stably stored even in a physical shock.

종래 DNA에 정보를 저장하는 일 실시예 기술은 DNA 분자 중 A, T, G, C 염기 부분에 정보를 저장하는 방법을 사용하는데, 종래 기술은 원하는 정보를 저장하기 위해서 정보를 표현하기 위한 특정한 서열을 정확하게 합성해야 하는 조건이 요구되며, 합성의 정확도를 담보할 수 없기 때문에 동일한 정보를 많은 수의 DNA 분자에 합성하고, 또한 긴 정보는 작게 나누어 서로 중첩되도록 합성하여 정보를 기록한다.One embodiment technique for storing information in conventional DNA uses a method of storing information in the A, T, G, and C base portions of a DNA molecule, and the prior art uses a specific sequence for expressing information in order to store desired information. It is necessary to synthesize the information accurately, and because the accuracy of the synthesis cannot be guaranteed, the same information is synthesized in a large number of DNA molecules, and the long information is divided into small pieces and overlapped with each other to record the information.

이러한 종래 기술은 실질적으로 많은 수의 분자들을 사용하여 정보를 저장하고, 결국은 많은 수의 분자들에서 투표를 하듯이 정보를 복원해야 하기 때문에 하나의 분자를 사용한 정확한 정보의 저장 방법이라고 할 수 없다. 이러한 접근을 하게 되는 근본적인 이유는 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 합성 정확도에 한계가 있기 때문이다.This conventional technique is not a method of storing accurate information using a single molecule because it uses a large number of molecules to store information, and ultimately, the information must be restored as if a large number of molecules are voting. . The fundamental reason for this approach is that there is a limit to the accuracy of oligonucleotide synthesis.

본 발명의 실시예들은, 디지털 데이터 값에 대응하여 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편(fragment)을 이용하여 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법 및 그 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a DNA molecule-based information storage method and apparatus for storing digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.

본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법은 디지털 정보를 수신하는 단계; 및 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값에 대응하는 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편(fragment)을 이용하여 상기 수신된 디지털 정보를 저장하는 단계를 포함한다.DNA molecule-based information storage method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of receiving digital information; And storing the received digital information using a pre-synthesized predetermined length DNA fragment corresponding to the first and second values of the digital data.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법은 상기 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편을 합성하는 단계를 더 포함하고, 상기 DNA 절편은 상기 DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 상기 제1 값과 제2 값 각각에 대응하는 미리 설정된 서열 패턴을 포함할 수 있다.Furthermore, the DNA molecule-based information storage method according to an embodiment of the present invention further comprises the step of synthesizing the DNA fragments corresponding to the first value and the second value, wherein the DNA fragment has an electrical property of the DNA fragment It may include a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first value and the second value to be different.

상기 저장하는 단계는 루프 구조를 포함하는 프라이머(primer)를 사용하여 상기 DNA 절편을 연결함으로써, 상기 DNA 절편을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장할 수 있다.The storing may include storing the digital information using the DNA fragments by connecting the DNA fragments using a primer including a loop structure.

상기 저장하는 단계는 상기 DNA 절편의 DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장할 수 있다.The storing may store the digital information by using electrical characteristics of the DNA sequence of the DNA fragment.

상기 DNA 절편은 상기 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, 상기 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, 상기 DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함할 수 있다.The DNA fragment has a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays.

상기 저장하는 단계는 디코딩을 위한 인코딩 정보를 상기 DNA 절편에 추가적으로 저장할 수 있다.The storing may additionally store encoding information for decoding in the DNA fragment.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법은 상기 디지털 정보가 저장된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭하는 단계를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the DNA molecule-based information storage method according to an embodiment of the present invention may further include amplifying the DNA fragment in which the digital information is stored using an amplification primer.

본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치는 디지털 정보를 수신하는 수신부; 및 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값에 대응하는 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편(fragment)을 이용하여 상기 수신된 디지털 정보를 저장하는 저장부를 포함한다.DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention includes a receiving unit for receiving digital information; And a storage unit for storing the received digital information using a pre-synthesized DNA fragment of a predetermined length corresponding to the first value and the second value of the digital data.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치는 상기 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편을 합성하는 합성부를 더 포함하고, 상기 DNA 절편은 상기 DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 상기 제1 값과 제2 값 각각에 대응하는 미리 설정된 서열 패턴을 포함할 수 있다.Furthermore, the DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention further comprises a synthesis unit for synthesizing the DNA fragments corresponding to the first value and the second value, wherein the DNA fragment has an electrical property of the DNA fragment It may include a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first value and the second value to be different.

상기 저장부는 루프 구조를 포함하는 프라이머(primer)를 사용하여 상기 DNA 절편을 연결함으로써, 상기 DNA 절편을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장할 수 있다.The storage unit may connect the DNA fragments by using a primer including a loop structure, thereby storing the digital information using the DNA fragments.

상기 저장부는 상기 DNA 절편의 DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장할 수 있다.The storage unit may store the digital information by using electrical characteristics of the DNA sequence of the DNA fragment.

상기 DNA 절편은 상기 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, 상기 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, 상기 DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함할 수 있다.The DNA fragment has a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays.

상기 저장부는 디코딩을 위한 인코딩 정보를 상기 DNA 절편에 추가적으로 저장할 수 있다.The storage unit may additionally store encoding information for decoding in the DNA fragment.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치는 상기 디지털 정보가 저장된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention may further include an amplification unit for amplifying the DNA fragments stored with the digital information using an amplification primer.

본 발명의 실시예들에 따르면, 디지털 데이터 값에 대응하여 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.According to embodiments of the present invention, digital information may be stored in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.

본 발명의 실시예에 따르면, DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 저장할 수 있기 때문에 자기 디스크를 보완하거나 대체할 정보 저장 매체로 활용할 수 있으며, 화재나 재해에 대비하여 중요 정보를 전기소모 없이 적은 공간에 안전하게 저장할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since digital information can be stored using DNA fragments, it can be used as an information storage medium to supplement or replace a magnetic disk, and to store important information in a small space without electricity consumption in preparation for a fire or disaster. Can be stored safely.

본 발명의 실시예에 따르면, 디지털 정보를 DNA 절편을 이용하여 저장하기 때문에 합성 시 발생할 수 있는 에러에 강건하고, 시퀀싱 장비 예를 들어, 나노포어(nanopore) 시퀀싱 장비를 이용하여 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 읽을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since digital information is stored using DNA fragments, it is robust to errors that may occur during synthesis, and digitally stored in DNA molecules using sequencing equipment, for example, nanopore sequencing equipment. Information can be read.

이러한 본 발명은 자기를 복제하는 DNA 분자의 특성을 이용하여 다양한 경우의 수를 계산하는 분자 컴퓨팅 분야, 정보를 저장하도록 합성한 DNA를 증폭하여 보관하거나 박테리아 등에 넣어서 보관 하는 등의 바이오인포매틱스(Bioinformatics) 분야, 개량된 유전체를 보유한 바이오 균주 또는 바이러스 식별을 위한 디지털 정보 삽입, 정보 백업용 스토리지, 대용량 자료의 장기간 보관 서비스 등의 다양한 분야에 적용할 수 있다.The present invention is a field of molecular computing that calculates the number of cases using the characteristics of DNA molecules that replicate itself, bioinformatics such as amplifying and storing DNA synthesized to store information or storing it in bacteria or the like (Bioinformatics). It can be applied to various fields such as digital information insertion for identifying a biostrain or virus with improved genome or virus identification, storage for information backup, and long-term storage of large data.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.1 is a flowchart illustrating an operation of a method for storing DNA molecule-based information according to an embodiment of the present invention.

도 2는 기존 방법과 본 발명에 따른 방법을 비교하기 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows an example of comparing the existing method with the method according to the present invention.

도 3은 DNA 절편을 연결하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 3 shows an example for explaining the process of connecting the DNA fragments.

도 4는 허프만 코드를 이용한 디지털 정보를 DNA 분자에 저장하는 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 4 shows an example of storing the digital information using the Huffman code in the DNA molecule.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the configuration of the DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to a component, step, operation, and / or element that includes one or more other components, steps, operations, and / or elements. It does not exclude existence or addition.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사 전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined beforehand that are generally used are not to be interpreted ideally or excessively unless they are clearly specifically defined.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail preferred embodiments of the present invention. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.

DNA를 정보 저장 매체로 사용하는 연구는 계속 시도되어 왔으며, 자연계에 존재하는 원리를 재사용 한다는 측면에서 상징적인 의미가 있다. 화재나 재해에 대비하여 중요 정보를 전기소모 없이 적은 공간에 안전하게 저장한다는 개념으로 우선적으로 활용될 수 있으며, 나아가 통상적으로 활용되는 자기 디스크를 보완하거나 대체할 정보 저장 매체로 활용할 수 있다. 또한 자기를 복제하는 DNA 분자의 특성을 이용하여 다양한 경우의 수를 계산하는 분자 컴퓨팅 분야에도 나아가 활용할 수 있다Research into using DNA as an information storage medium has been tried continuously, and has a symbolic meaning in terms of reusing principles existing in nature. In the event of fire or disaster, important information can be used safely in a small space without electricity consumption, and can be used as an information storage medium to supplement or replace a commonly used magnetic disk. It can also be used in the field of molecular computing, which calculates the number of cases using the properties of DNA molecules that replicate themselves.

이러한 DNA 기반 정보 저장 분야는 바이오인포매틱스(Bioinformatics)의 한 분야로, 정보를 저장하도록 합성한 DNA를 증폭하여 보관하거나, 박테리아 등에 넣어서 보관 하는 등의 생물학적 시도를 했던 나라에서 주도하고 있다. This field of DNA-based information storage is a field of bioinformatics, and is led by countries that have attempted biological attempts such as amplifying and storing DNA synthesized to store information or storing it in bacteria.

또한, 현존하는 시퀀싱 기술은 반도체 기술이 활용되는 실리콘 산업에 기반하여 제작되므로, 실리콘 기판 위에 제작되는 나노포어를 활용한 정보 저장 및 판독이 반도체 산업과도 연계될 수도 있다.In addition, existing sequencing technologies are built on the silicon industry, where semiconductor technology is utilized, so information storage and reading using nanopores fabricated on silicon substrates may also be linked to the semiconductor industry.

본 발명의 실시예들은, 디지털 데이터 값에 대응하여 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편(fragment)을 이용하여 디지털 정보를 DNA 분자에 저장하는 것으로, 자기 디스크를 보완하거나 대체할 정보 저장 매체로 활용할 수 있으며, 화재나 재해에 대비하여 중요 정보를 전기소모 없이 적은 공간에 안전하게 저장할 수 있으며, 디지털 정보를 DNA 절편을 이용하여 저장하기 때문에 합성 시 발생할 수 있는 에러에 강건하고, 시퀀싱 장비 예를 들어, 나노포어(nanopore) 시퀀싱 장비를 이용하여 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 읽을 수 있다. Embodiments of the present invention, by storing the digital information in the DNA molecule using a DNA fragment containing a sequence pattern that is set in advance corresponding to the digital data value, to be used as an information storage medium to complement or replace the magnetic disk In the event of fire or disaster, important information can be safely stored in a small space without electricity consumption, and digital information is stored using DNA fragments, so it is robust to errors that may occur during synthesis, and sequencing equipment, for example, Nanopore sequencing equipment can be used to read digital information stored in DNA molecules.

여기서, 본 발명은 디지털 데이터의 제1 값 예를 들어, 1과 제2 값 예를 들어, 0에 대하여 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 저장할 수 있으며, DNA 절편은 제1 값 또는 제2 값에 대응하는 값 서열 패턴을 포함하고, 나아가 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 더 포함할 수 있다.Herein, the present invention may store digital information by using a DNA fragment of a predetermined length synthesized with respect to a first value of digital data, for example, 1 and a second value, for example, 0, and the DNA fragment may include a first fragment. A start sequence pattern comprising a value sequence pattern corresponding to the value or the second value, further indicating the beginning of the DNA fragment, an end sequence pattern indicating the end of the DNA fragment, and a ligation assay It may further comprise a linker sequence pattern for.

링커 서열 패턴은 값 서열 패턴의 좌우측 또는 앞뒤에 배치될 수 있으며, 시작 서열 패턴과 엔드 서열 패턴은 DNA 절편의 시작과 끝에 배치될 수 있다.The linker sequence pattern can be placed to the left or right or front and back of the value sequence pattern, and the start sequence pattern and the end sequence pattern can be placed at the beginning and end of the DNA fragment.

나아가, DNA 절편들은 루프 구조를 포함하는 프라이머(primer)에 의해 연결될 수 있으며, 이렇게 연결된 DNA 절편들에 디지털 정보가 저장될 수 있다.Furthermore, the DNA fragments may be linked by primers including a loop structure, and digital information may be stored in the linked DNA fragments.

또한, 본 발명은 DNA 절편에 저장되는 디지털 정보에 대하여, 허프만 코드에 대응하는 디지털 정보를 저장할 수 있으며, 이러한 인코딩에 대한 정보 즉, 인코딩 정보를 DNA 절편에 추가로 함께 저장할 수 있다.In addition, the present invention can store the digital information corresponding to the Huffman code with respect to the digital information stored in the DNA fragment, the information on the encoding, that is, the encoding information can be stored in addition to the DNA fragment.

여기서, 인코딩 정보는 DNA 분자에서 디지털 정보가 시작된다는 시그널(DNA서열 패턴), 보관할 디지털 정보의 총량, 디지털 정보를 디코딩할 때 필요한 정보, DNA 분자에서 디지털 정보 기록한 부분이 끝난다는 시그널(DNA서열 패턴), 정보 기록 날짜, 정보 기록자 등 부차적인 정보를 포함할 수 있는데, 인코딩 정보에 포함되는 정보는 상술한 정보로 한정되지 않으며, 본 발명에서 디지털 정보를 인코딩하고 디코딩 시 필요로 하는 정보가 모두 포함될 수 있다.Here, the encoding information is a signal indicating that the digital information starts in the DNA molecule (DNA sequence pattern), the total amount of digital information to be stored, information required to decode the digital information, and a signal indicating that the digital information recording portion of the DNA molecule ends (DNA sequence pattern). ), Information recording date, information recorder and the like may include additional information, the information included in the encoding information is not limited to the above-mentioned information, in the present invention includes all the information needed for encoding and decoding digital information Can be.

더 나아가, 본 발명은 디지털 정보를 DNA 절편들을 포함하는 DNA 분자에 저장한 후 디지털 정보가 저장된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭할 수도 있다.Furthermore, the present invention may store digital information in a DNA molecule including DNA fragments, and then amplify the DNA fragment in which the digital information is stored using an amplification primer.

이러한 본 발명은 제1 값과 제2 값에 대응하는 값 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편을 미리 합성하고, DNA 절편에 포함된 값 서열 패턴은 전기적 속성이 상이할 수 있다. 즉, 본 발명은 DNA 절편의 DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 이용하여 제1 값 또는 제2 값의 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.The present invention synthesizes in advance a DNA fragment comprising a value sequence pattern corresponding to the first value and the second value, the value sequence pattern included in the DNA fragment may have different electrical properties. That is, the present invention can store the digital information of the first value or the second value in the DNA molecule by using the electrical properties of the DNA sequence of the DNA fragment.

이러한 본 발명에 대하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.This invention is demonstrated with reference to FIGS.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.1 is a flowchart illustrating an operation of a method for storing DNA molecule-based information according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 방법은 디지털 정보를 수신하고, 수신된 디지털 정보를 디코딩할 때 사용하기 위한 인코딩 정보를 생성한다(S110, S120).Referring to FIG. 1, the DNA molecule-based information storage method according to an embodiment of the present invention receives digital information and generates encoding information for use when decoding the received digital information (S110 and S120).

여기서, 단계 S110은 저장하고자 하는 디지털 정보를 인코딩한 방식에 의하여 다양한 형태의 디지털 데이터로 표현될 수 있다. 예를 들어, 단계 S110은 UTF8 인코딩 방식에 의해 인코딩되는 경우 한글 한글자당 24비트로 변환될 수 있고, 허프만(Huffman) 코드에 의해 인코딩되는 경우 한글 한글자당 최소 3비트에서 최대 7비트로 변환될 수 있다.Here, step S110 may be represented as various types of digital data by a method of encoding digital information to be stored. For example, step S110 may be converted to 24 bits per Hangul Hangul when encoded by the UTF8 encoding scheme, and may be converted from at least 3 bits to Hangul 7 bits per Hangul Hangul when encoded by the Huffman code.

예를 들어, 단계 S110은 도 4a에 도시된 바와 같이 "나라의말이중국"이 호프만 코드에 의해 인코딩되면, "나"는 "0111100"의 7비트로 변환되고, "라"는 "100110"의 6비트로 변환되며, "의"는 "1110010"의 7비트로 변환되고, "말"은 "101100"의 6비트로 변환되며, "이"는 "0101"의 4비트로 변환되고, "중"은 "1110111"의 7비트로 변환되며, "국"은 "0111000"의 7비트로 변환됨으로써, 저장하고자 하는 정보 "나라의말이중국"에 대한 44비트의 디지털 정보를 수신할 수 있다.For example, in step S110, if "Chinese language" is encoded by Hoffman code as shown in FIG. 4A, "I" is converted into 7 bits of "0111100", and "D" is 6 of "100110". Is converted to 7 bits of "1110010", "is" is converted to 6 bits of "101100", "is" is converted to 4 bits of "0101", and "medium" is "1110111". Is converted to 7 bits of " station " to 7 bits of " 0111000 ", thereby receiving 44 bits of digital information for information " China "

단계 S120에서 생성되는 인코딩 정보는 DNA 분자에서 디지털 정보가 시작된다는 시그널(DNA서열 패턴) 예를 들어, 스타트 서열 패턴, 보관할 디지털 정보의 총량, 디지털 정보를 디코딩할 때 필요한 정보, DNA 분자에서 디지털 정보 기록한 부분이 끝난다는 시그널(DNA서열 패턴) 예를 들어, 엔드 서열 패턴, 정보 기록 날짜 및 정보 기록자 등의 부차적인 정보를 포함할 수 있으며, 허프만 코딩에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 즉, 단계 S120는 DNA 분자에 디지털 정보를 저장할 때, 해당 분자에 기록할 정보 외에 복원 및 보관 무결성에 필요한 부차적 정보를 생성하는 단계일 수 있다.The encoding information generated in step S120 is a signal that digital information starts in the DNA molecule (DNA sequence pattern), for example, a start sequence pattern, the total amount of digital information to be stored, information necessary for decoding digital information, and digital information in the DNA molecule. Signal that the recorded portion ends (DNA sequence pattern) For example, it may include additional information such as end sequence pattern, information recording date and information recorder, and may also include information about Huffman coding. That is, when storing digital information in the DNA molecule, step S120 may be a step of generating additional information necessary for restoration and storage integrity in addition to information to be recorded in the molecule.

단계 S110과 S120에 의해 저장하고자 하는 디지털 정보가 수신되고 인코딩 정보가 수신되면, 디지털 정보와 인코딩 정보를 제1 값과 제2 값에 대해 미리 합성된 DNA 절편에 저장하고, 이러한 DNA 절편을 연결한다(S130, S140).When the digital information to be stored is received in step S110 and S120 and encoding information is received, the digital information and the encoding information are stored in a DNA fragment pre-synthesized for the first value and the second value, and the DNA fragments are concatenated. (S130, S140).

여기서, 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값은 DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 미리 설정된 상이한 값 서열 패턴을 가질 수 있다.Here, the first value and the second value of the digital data may have different value sequence patterns that are preset so that the electrical properties of the DNA fragments are different.

예를 들어, 디지털 데이터 값 0은 "TTTTTTTTTTTT"의 서열 패턴을 가질 수도 있고, "TATT"의 서열 패턴을 가질 수도 있으며, 디지털 데이터 값 1은 "CCCGGGGCCC"의 서열 패턴을 가질 수도 있고, "ACCC"의 서열 패턴을 가질 수도 있다. 물론, 이러한 디지털 데이터 값 각각의 서열 패턴은 해당 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있으며, DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 감지 또는 읽기 위한 상이한 전기적 특성을 가지도록 미리 합성될 수 있다. 즉, 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값에 대한 서열 패턴은 미리 합성된 상태로, 디지털 정보가 수신되면 수신된 디지털 정보와 인코딩 정보에 대한 디지털 데이터 비트 값에 대응하는 서열 패턴을 그대로 사용할 수 있다.For example, the digital data value 0 may have a sequence pattern of "TTTTTTTTTTTT", may have a sequence pattern of "TATT", the digital data value 1 may have a sequence pattern of "CCCGGGGCCC", or "ACCC" It may have a sequence pattern of. Of course, the sequence pattern of each of these digital data values may be determined by the operator or individual providing the technology and may be pre-synthesized to have different electrical properties for sensing or reading the digital information stored in the DNA molecule. That is, the sequence patterns of the first value and the second value of the digital data are pre-synthesized. When the digital information is received, the sequence pattern corresponding to the received digital information and the digital data bit values of the encoding information may be used as it is. have.

디지털 정보가 저장되는 DNA 절편은 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디지털 데이터 값 0의 서열 패턴이 "TTTTTTTTTTTT"인 경우 0의 값 서열 패턴과 링커들로 구성된 DNA 서열 절편은 "GAGGTGAGGTGAGGTGAGGTTTTTTTTTTTAACTGAACTGAACTGAACTG"로 표현될 수 있으며, 디지털 데이터 값 1의 서열 패턴이 "CCCGGGGCCC"인 경우 1의 값 서열 패턴과 링커들로 구성된 DNA 서열 절편은 "GAGGTGAGGTGAGGTGAGGT CCCGGGGCCCAACTGAACTGAACTGAACTG"로 표현될 수 있다. 여기서, 링커들에 대한 서열 패턴은 랜덤 서열을 가질 수 있으며, 값 서열 패턴의 앞뒤 또는 좌측과 우측에 연결되는 서열일 수 있다. 물론, 값 서열 패턴과 링커 서열 패턴은 상황에 따라 달라질 수 있고, 그 길이 또한 상황에 따라 달라질 수 있다.The DNA fragment in which the digital information is stored includes a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to one of the first value and the second value, and an end indicating the end of the DNA fragment. ) Sequence patterns and linker sequence patterns for ligation assays. For example, when the sequence pattern of the digital data value 0 is "TTTTTTTTTTTT", the DNA sequence segment consisting of the value sequence pattern of 0 and the linkers may be expressed as "GAGGTGAGGTGAGGTGAGGTTTTTTTTTTTAACTGAACTGAACTGAACTG", and the sequence pattern of the digital data value 1 is "CCCGGGGCCC The DNA sequence segment consisting of the value sequence pattern and linkers of 1 in case of "can be expressed as" GAGGTGAGGTGAGGTGAGGT CCCGGGGCCCAACTGAACTGAACTGAACTG ". Here, the sequence pattern for the linkers may have a random sequence, and may be a sequence linked to the front and back of the value sequence pattern or to the left and right. Of course, the value sequence pattern and the linker sequence pattern may vary depending on the situation, and the length may also vary depending on the situation.

스타트 서열 패턴과 엔드 서열 패턴 또한 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 스타트 서열 패턴은 35mer의 "CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT"(start-5)일 수도 있고, 39mer의 "TCAGATGTGGAGACGAGGCTGGTACTTGTGGAGCGACTG"(start-3)일 수도 있으며, 엔드 서열 패턴은 39mer의 "ATCGGGATATGATTGAGCAAGCAATGGCAAGATTGACGG"(end-5)일 수도 있고, 35mer의 "CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC"일 수도 있다. 물론, 본 발명에서의 스타트 서열 패턴과 엔드 서열 패턴은 상황에 따라 달라질 수 있으며, 그 길이 또한 달라질 수 있다.The start sequence pattern and the end sequence pattern may also be preset, for example, the start sequence pattern may be 35C "CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT" (start-5), or 39mer "TCAGATGTGGAGACGAGGCTGGTACTTGTGGAGCGACTG" (start-3), The end sequence pattern may be "ATCGGGATATGATTGAGCAAGCAATGGCAAGATTGACGG" (end-5) of 39mer or "CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC" of 35mer. Of course, the start sequence pattern and the end sequence pattern in the present invention may vary depending on the situation, and its length may also vary.

단계 S140에서 DNA 절편을 연결하는 과정은 DNA 절편을 연결하는 과정을 반복적으로 수행하여 원하는 양의 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있는데, 도 3a에 도시된 바와 같이, 두 개의 DNA 절편을 순서대로 이어 붙여 제1 DNA 절편 그룹을 생성하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 두 개 이상의 제1 절편 그룹을 원하는 순서대로 이어 붙여 더 큰 절편 그룹을 생성하며, 도 3c에 도시된 바와 같이 더 많은 절편을 그룹화하기 위하여 도 3a와 도 3b의 과정을 반복할 수 있는 속성을 부여한다.In step S140, the process of linking the DNA fragments may be performed by repeatedly linking the DNA fragments to store a desired amount of digital information in the DNA molecule. As shown in FIG. 3A, two DNA fragments are sequentially connected. Paste to create a first DNA segment group, join two or more first segment groups in the desired order as shown in FIG. 3B to create a larger segment group, and group more fragments as shown in FIG. 3C. To give a property that can repeat the process of Figure 3a and 3b to give.

여기서, 도 3a에서 사용되는 DNA 절편은 디지털 정보 0, 1을 표현하기 위한 서열과 리게이션 어세이가 가능하도록 하는 링커, 그리고 DNA 절편들을 순서대로 연결할 수 있는 스타트 어댑터(Start adapter) 및 엔드 어댑터(End adapter) 서열을 가질 수 있으며, 도 3b에서 절편 연결을 위한 리게이션 시퀀스는 루프 구조를 포함하는 프라이머를 사용할 수 있다.Herein, the DNA fragments used in FIG. 3A include a linker to enable sequence and ligation assays for expressing digital information 0 and 1, and a start adapter and an end adapter capable of connecting DNA fragments in order. End adapter) and the ligation sequence for fragment linkage in FIG. 3B may use a primer including a loop structure.

추가적으로, 본 발명에 따른 방법은 디지털 정보가 저장되어 연결된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭함으로써, 많은 수의 DNA 분자를 보관할 수 있도록 한다(S150).In addition, the method according to the invention amplifies a DNA fragment in which digital information is stored and connected by using an amplification primer, thereby storing a large number of DNA molecules (S150).

여기서, 단계 S150은 증폭 프라이머를 이용하여 DNA 분자를 증폭하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 플라즈마 벡터에 넣을 미생물을 배양함으로써, DNA 분자를 증폭할 수도 있다.Here, although step S150 has been described as amplifying DNA molecules using an amplification primer, the present invention is not limited thereto, and the DNA molecules may be amplified by culturing microorganisms to be put in the plasma vector.

이 때, 증폭 프라이머 서열은 미리 설정될 수 있으며, 예를 들어, 증폭 프라이머 서열은 "5` CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT 3`"일 수도 있고, "5` CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC 3`"일 수도 있다.In this case, the amplification primer sequence may be set in advance, for example, the amplification primer sequence may be "5` CAGTCGCTCCACAAGTACCAGCCTCGTCTCCACAT 3`" or "5` CCGTCAATCTTGCCATTGCTTGCTCAATCATATCC 3`.

물론, 본 발명은 DNA 분자 증폭이 증폭 프라이머와 플라즈마 벡터 등에 의해 이루어지는 것으로 한정되지 않으며 DNA 분자를 증폭할 수 있는 모든 방법을 이용할 수 있다.Of course, the present invention is not limited to the amplification of DNA molecules by amplification primers and plasma vectors, and any method capable of amplifying DNA molecules can be used.

이러한 과정을 통해 본 발명에 따른 방법은 디지털 데이터 값에 대응하여 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.Through this process, the method according to the present invention may store digital information in a DNA molecule by using a DNA fragment including a sequence pattern preset in correspondence with a digital data value.

또한, 본 발명에 따른 방법은 DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 저장할 수 있기 때문에 자기 디스크를 보완하거나 대체할 정보 저장 매체로 활용할 수 있으며, 화재나 재해에 대비하여 중요 정보를 전기소모 없이 적은 공간에 안전하게 저장할 수 있다.In addition, since the method according to the present invention can store digital information by using DNA fragments, it can be used as an information storage medium to supplement or replace a magnetic disk, and to prepare important information in a small space without electricity consumption in case of fire or disaster. Can be stored safely.

본 발명의 실시예에 따르면, 디지털 정보를 DNA 절편을 이용하여 저장하기 때문에 합성 시 발생할 수 있는 에러에 강건하고, 시퀀싱 장비 예를 들어, 나노포어(nanopore) 시퀀싱 장비를 이용하여 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 읽을 수 있다. 즉, 본 발명의 방법에 의해 DNA 분자에 저장된 디지털 정보는 나노포어 시퀀싱 장비 등을 이용하여 DNA 서열의 컨텍스트(context)가 가지는 전기적 속성의 차이를 통하여 특정 길이의 절편(fragment)의 차이를 인지할 수 있으며, 따라서 합성 시 에러가 일부 있다 하여도 디지털 데이터 값을 정확하게 인지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since digital information is stored using DNA fragments, it is robust to errors that may occur during synthesis, and digitally stored in DNA molecules using sequencing equipment, for example, nanopore sequencing equipment. Information can be read. That is, the digital information stored in the DNA molecule by the method of the present invention can recognize the difference in fragments of a specific length through the difference in the electrical properties of the context of the DNA sequence using nanopore sequencing equipment. Therefore, even if there are some errors in the synthesis, the digital data values can be correctly recognized.

예컨대, 기존 방법은 도 2a에 도시된 바와 같이, 00 = A(아데닌), 01 = T(티민), 10 = G(구아닌), 11 = C(시토신)처럼, 2비트 디지털 데이터를 DNA의 염기에 정보를 표현하는 방법으로, 저장하고자 하는 디지털 정보가 "0100101101"인 경우 DNA의 염기 "TAGCT"로 저장될 수 있다. 하지만, 이런 방법은 합성 에러가 발생될 수 있고, 시퀀싱 에러로 하나의 분자에 저장이 불가능하며, 시퀀싱 수행 시 분자를 파괴할 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 방법은 도 2b에 도시된 바와 같이 디지털 데이터 값 0과 1에 대응하는 서열 패턴을 포함하는 DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 저장하는 방법으로, 저장하고자 하는 디지털 정보가 "0100101101"인 경우 0에 대한 DNA 절편과 1에 대한 DNA 절편을 이용하여 DNA 절편을 연결함으로써, DNA 절편을 이용하여 디지털 정보를 저장할 수 있다. For example, existing methods use two-bit digital data, such as 00 = A (adenine), 01 = T (thymine), 10 = G (guanine), 11 = C (cytosine), as shown in Figure 2a. As a method of expressing information, the digital information to be stored may be stored as the base "TAGCT" of DNA when "0100101101" is to be stored. However, this method can generate a synthesis error, cannot be stored in one molecule due to sequencing error, and can destroy a molecule during sequencing. On the other hand, the method according to the present invention is a method for storing digital information using a DNA fragment comprising a sequence pattern corresponding to digital data values 0 and 1, as shown in Figure 2b, the digital information to be stored "0100101101 In the case of ", by connecting the DNA fragments using DNA fragments for 0 and DNA fragments for 1, digital information can be stored using the DNA fragments.

본 발명에서 디지털 데이터 값 0과 1에 대하여, 상이한 값 서열 패턴을 가지도록 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 모디파이된(modified) 염기의 포함 여부로 미리 합성할 수도 있다. 예를 들어, 디지털 데이터 값 0의 경우 모디파이되지 않은 염기로 구성되고 20~40bp 길이의 서열을 가질 수 있으며, 디지털 데이터 값 1의 경우 모디파이된 염기를 포함하고 20~40bp 길이의 서열을 가질 수 있다. 여기서, 모디파이된 염기는 이노신(inosine), 5-수산화메틸시토신(5-hydroxymethylcytosine) 등을 포함할 수 있다.Although digital data values 0 and 1 have been described to have different value sequence patterns in the present invention, the present invention is not limited thereto and may be pre-synthesized by the inclusion of a modified base. For example, a digital data value of 0 may consist of an unmodified base and have a sequence of 20 to 40 bp in length, and a digital data value of 1 may include a modulated base and a sequence of 20 to 40 bp in length. Can be. Here, the modified base may include inosine, 5-hydroxymethylcytosine, or the like.

이와 같이, 본 발명에 따른 방법은 DNA 염기 서열이 아닌, DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 특징으로 정보를 저장하기 때문에 현재의 합성, 어세이 기술을 이용하여 하나의 분자에 디지털 정보를 저장할 수 있으며, 시퀀싱 수행 시 분자를 파괴하지 않을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 방법은 DNA 염기 서열이 아닌, DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 특징으로 정보를 저장하기 때문에 합성 시 발생할 수 있는 에러에 강건하고, 저장된 디지털 정보를 읽는 경우 약속한 길이의 DNA 절편 전체의 전기적 특성을 판별하기 때문에 콜링(calling) 에러에 강건할 수 있다. 예컨대, DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 읽기 위하여, 약속한 길이의 DNA 절편 전체의 전기 신호를 검출함으로써, 디지털 데이터 값 0과 1을 판별할 수 있다. 물론, 값 서열 패턴이 DNA 절편에 저장되는 경우 나노포어 시퀀싱 장비에 의해 검출되는 전기 신호의 차이를 이용하여 서열 패턴을 읽고 이를 통해 디지털 데이터 값 1과 0을 판별할 수도 있고, 디지털 정보 저장 시 모디파이된 염기의 포함 여부로 디지털 데이터 값 1과 0을 저장하는 경우 모디파이된 염기를 포함하는 DNA 절편의 전기 신호를 검출함으로써, 디지털 데이터 값을 판별할 수 있는데, 0과 1을 판별하기 위한 컷 오프를 설정할 수 있으며, 이에 대한 컷 오프는 해당 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있고, 이러한 컷 오프는 실험 등을 통해 결정될 수도 있다.As such, the method according to the present invention stores information based on the electrical characteristics of the DNA sequence, not the DNA sequence, so that digital information can be stored in one molecule using current synthesis and assay techniques. The sequencing may not destroy the molecule. That is, the method according to the present invention is robust to errors that may occur during synthesis because the information is stored by characterizing the electrical characteristics of the DNA sequence, not the DNA sequence, and the DNA fragment of the promise length when reading the stored digital information. It is robust against calling errors because it determines the overall electrical characteristics. For example, in order to read digital information stored in a DNA molecule, the digital data values 0 and 1 can be determined by detecting the electrical signal of the entire DNA fragment of a predetermined length. Of course, when the value sequence pattern is stored in the DNA fragments, the sequence pattern may be read using the difference of the electrical signal detected by the nanopore sequencing equipment, and the digital data values 1 and 0 may be determined through the digital pattern storage. When storing the digital data values 1 and 0 with the inclusion of the nucleotide base, the digital data value can be determined by detecting the electrical signal of the DNA fragment containing the modified base. The off may be set, and the cut off may be determined by an operator or an individual providing the corresponding technology, and the cut off may be determined through experiments or the like.

도 4는 허프만 코드를 이용한 디지털 정보를 DNA 분자에 저장하는 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 DNA 분자에 허프만 코드에 의해 인코딩된 "나라의말이중국"을 저장하는 경우에 대한 것이다.4 illustrates an example of storing digital information using a Huffman code in a DNA molecule. As shown in FIG. 4, FIG. 4 illustrates a case of storing "Chinese words of the country" encoded by the Huffman code in a DNA molecule. will be.

도 4a에 도시된 바와 같이, 저장하고자 하는 데이터 "나라의말이중국"에 대하여 허프만 코드에 의해 인코딩된 디지털 정보는 44비트의 " 01111001001101110010101100010111101110111000"이고, 이러한 44비트의 디지털 정보는 0에 대한 값 서열 패턴 "TATT"와 1에 대한 값 서열 패턴 "ACCC"를 이용하여 DNA 절편에 저장하며, 각각의 디지털 데이터 값이 저장된 DNA 절편을 연결함으로써, 도 4b에 도시된 바와 같은 817mer의 DNA 서열로 이루어질 수 있다.As shown in Fig. 4A, the digital information encoded by the Huffman code for the data "Chinese Words" to be stored is 44 bits of "01111001001101110010101100010111101110111000", and this 44 bits of digital information is a value sequence pattern for 0. It is stored in DNA fragments using "TATT" and the value sequence pattern "ACCC" for 1, and can be made up of a 817mer DNA sequence as shown in FIG. 4B by concatenating DNA fragments in which respective digital data values are stored. .

여기서, 도 4b에 도시된 값 서열 패턴 "TATT"와 "ACCC" 앞뒤 또는 좌우에 배치된 일정 길이의 서열 패턴은 링커 서열 패턴이며, 처음의 일정 길이에 대한 서열 패턴은 스타트 서열 패턴이고, 마지막의 일정 길에 대한 서열 패턴을 엔드 서열 패턴일 수 있다. 링커 서열 패턴은 정보가 없는 랜덤 패턴이므로, DNA 분자에 저장된 이러한 디지털 정보를 나노포어 시퀀싱 장비와 같은 장비를 이용하여 읽는 경우 스타트 서열 패턴을 통해 디지털 정보에 대한 시작을 알 수 있고, 값 서열 패턴을 통해 저장된 디지털 데이터 값을 알 수 있으며, 엔드 서열 패턴을 통해 디지털 정보의 끝을 알 수 있기 때문에 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 알 수 있다. 물론, 허프만 코드와 같은 인코딩 정보도 함께 저장될 수 있으며, 이렇게 저장된 인코딩 정보를 통해 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 디코딩함으로써, 도 4b와 같이 DNA 분자에 저장된 정보가 "나라의말이중국"이라는 것을 알 수 있다.Here, the sequence patterns of a certain length arranged before and after or to the left and right of the value sequence patterns "TATT" and "ACCC" shown in FIG. 4B are linker sequence patterns, and the sequence pattern for the first predetermined length is the start sequence pattern, and the last The sequence pattern for a course may be an end sequence pattern. Since the linker sequence pattern is a random pattern with no information, when the digital information stored in a DNA molecule is read using a device such as a nanopore sequencing device, the start sequence pattern indicates the start of the digital information, and the value sequence pattern is determined. Through the digital data value stored, the end sequence pattern shows the end of the digital information, so the digital information stored in the DNA molecules. Of course, encoding information such as the Huffman code may also be stored, and by decoding the digital information stored in the DNA molecule through the stored encoding information, it is understood that the information stored in the DNA molecule is "Chinese language" as shown in FIG. 4B. Can be.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)의 합성 에러가 있는 상태에서도 구현 가능한 단일 DNA 분자 기반 정보 저장 방법으로, DNA 분자 중 염기가 아닌 특정 길이의 DNA 절편에 정보를 저장할 수 있고, DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 서열을 배치하거나 모디파이된 염기를 사용하여 디지털 데이터 값을 DNA 절편에 저장할 수 있기 때문에 합성 시 에러가 일부 있다 하여도, DNA 서열의 컨텍스트가 가지는 전기적 속성의 차이를 통하여 특정 길이의 절편의 차이를 인지할 수 있다.As described above, the method according to the present invention is a single DNA molecule-based information storage method that can be implemented even in the presence of an oligonucleotide synthesis error, and can store information in a DNA fragment having a specific length rather than a base in the DNA molecule. In addition, since the digital data values can be stored in the DNA fragments by arranging the sequences so that the electrical properties of the DNA fragments are different or by using a modified base, even if there are some errors in the synthesis, the electrical properties of the context of the DNA sequence The difference allows us to recognize the difference in the segments of a certain length.

즉, 기존 방법은 단일 염기에 정보를 기록하기 때문에 한 두 개의 염기가 손상을 입어도 저장한 정보에 손상을 입을 수 있는 반면, 본 발명은 염기보다 긴 영역인 DNA 절편에 정보를 기록하기 때문에 한 두 개의 염기가 손상을 입어도 정보 자체는 잘 변하지 않는 강건한 속성이 있다. 또한, 기존 방법은 정확도를 위하여 비트당 최소 수백회 중첩되도록 정보를 중첩하여 사용하는데, 동일한 개수의 분자를 사용하는 경우 본 발명은 기존 방법보다 정보 정확도가 향상될 수 있다.In other words, the conventional method records information in a single base, so that even if one or two bases are damaged, the stored information can be damaged, while the present invention records information in a DNA fragment that is longer than the base. Even if the dog's base is damaged, the information itself is robust. In addition, the existing method overlaps the information so that it overlaps at least several hundred times per bit for accuracy. When the same number of molecules are used, the present invention may improve information accuracy than the existing method.

그리고, 본 발명은 저장하고자 하는 디지털 정보가 달라질 때마다 DNA 서열을 새로 합성할 필요가 없으며, 미리 합성해둔 0과 1을 표현하는 DNA절편을 원하는 순서대로 연결함으로써, 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.In addition, the present invention does not need to synthesize a new DNA sequence every time the digital information to be stored is different, and by connecting the DNA fragments expressing the synthesized 0 and 1 in the desired order, the digital information can be stored in the DNA molecule. have.

또한, 본 발명의 방법에 의해 디지털 정보를 저장하는 경우 DNA ㅂㅇIn addition, when storing digital information by the method of the present invention DNA DNA ㅇ

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 방법을 수행하는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.5 illustrates a configuration of a DNA molecule-based information storage device according to an embodiment of the present invention, and illustrates a configuration of an apparatus for performing the method described with reference to FIGS. 1 to 4.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DNA 분자 기반 정보 저장 장치(500)는 수신부(510), 합성부(520), 저장부(530) 및 증폭부(540)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the DNA molecule-based information storage device 500 according to an embodiment of the present invention includes a receiver 510, a synthesizer 520, a storage 530, and an amplifier 540.

수신부(510)는 저장하고자 하는 디지털 정보를 수신한다.The receiver 510 receives digital information to be stored.

여기서, 수신부(510)는 저장하고자 하는 정보를 미리 설정된 인코딩 방식 예를 들어, 허프만 코드에 의해 인코딩되고, 이렇게 인코딩된 디지털 정보를 수신할 수 있다.Here, the receiver 510 may encode the information to be stored by using a preset encoding scheme, for example, a Huffman code, and receive the encoded digital information.

합성부(520)는 디지털 데이터 값인 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편을 합성한다.The synthesis unit 520 synthesizes DNA fragments corresponding to the first value and the second value, which are digital data values.

여기서, 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편은 합성부(520)에 의해 미리 합성된 상태이기 때문에 디지털 데이터 값 각각에 대응하는 DNA 절편을 이용하여 원하는 디지털 정보를 저장할 수 있다.Here, since the DNA fragments corresponding to the first value and the second value are pre-synthesized by the synthesis unit 520, the desired digital information may be stored using the DNA fragments corresponding to the digital data values.

나아가, 합성부(520)에 의해 합성되는 DNA 절편은 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트 서열 패턴, 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함할 수 있다.Further, the DNA fragment synthesized by the synthesis unit 520 may include a start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, and the end of the DNA fragment. Linker sequence patterns for end sequence patterns and ligation assays.

저장부(530)는 수신부(510)에 의해 수신된 디지털 정보를 제1 값과 제2 값에 대응하는 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편을 이용하여 저장한다.The storage unit 530 stores the digital information received by the receiver 510 using a DNA fragment having a predetermined length corresponding to the first value and the second value.

여기서, 저장부(530)는 디지털 정보와 인코딩 정보를 제1 값과 제2 값에 대해 미리 합성된 DNA 절편에 저장하고, 이러한 DNA 절편을 연결할 수도 있다.Here, the storage unit 530 may store the digital information and the encoding information in the DNA fragments pre-synthesized with respect to the first value and the second value, and connect the DNA fragments.

저장부(530)는 디지털 정보의 디지털 데이터 값과 인코딩 정보의 디지털 데이터 값 각각에 대응하는 DNA 절편을 루프 구조를 포함하는 프라이머를 이용하여 연결하고, 이러한 연결 과정을 반복 수행함으로써, 디지털 정보와 인코딩 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.The storage unit 530 connects the DNA fragments corresponding to each of the digital data value of the digital information and the digital data value of the encoding information by using a primer including a loop structure, and repeats the connection process, thereby encoding the digital information and encoding. Information can be stored in DNA molecules.

예컨대, 저장부(530)는 두 개의 DNA 절편을 순서대로 이어 붙여 제1 DNA 절편 그룹을 생성하고, 두 개 이상의 제1 절편 그룹을 원하는 순서대로 이어 붙여 더 큰 절편 그룹을 생성하며, 이러한 과정을 반복 수행함으로써, 원하는 양의 디지털 정보를 DNA 분자에 저장할 수 있다.For example, the storage unit 530 joins two DNA fragments in sequence to generate a first DNA fragment group, and joins two or more first fragment groups in a desired order to generate a larger fragment group. By repeating, the desired amount of digital information can be stored in the DNA molecule.

증폭부(540)는 디지털 정보가 저장된 DNA 절편 또는 DNA 분자를 증폭 프라이머 또는 플라즈마 벡터에 넣을 미생물 배양 등을 통해 증폭한다.The amplifying unit 540 amplifies DNA fragments or DNA molecules in which digital information is stored by culturing microorganisms to be put in amplification primers or plasma vectors.

비록, 도 5의 장치에서 그 설명이 생략되었더라도, 본 발명에 따른 장치는 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.Although the description of the apparatus of FIG. 5 is omitted, it will be apparent to those skilled in the art that the apparatus according to the present invention may include all the contents described in FIGS. 1 to 4.

또한, 본 발명은 상술한 방법에 의해 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 검출할 수도 있으며, DNA 분자의 서열에 대한 전기 신호의 차이를 통해 디지털 데이터 값에 대한 서열 패턴을 확인함으로써, DNA 분자에 저장된 디지털 데이터 값을 인지하고, 이렇게 인지된 디지털 데이터를 디코딩하여 DNA 분자에 저장된 정보를 확인할 수 있다. 즉, 본 발명은 디지털 데이터를 DNA 분자에 저장하는 방식에 한정되지 않으며, 이러한 방식으로 DNA 분자에 저장된 디지털 정보를 읽는 방법 또한 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 나노포어 시퀀싱 방법과 같은 방식을 통해 DNA 분자의 서열 패턴에 대한 전기 신호를 검출하고, 이렇게 검출된 전기 신호 차를 이용하여 서열 패턴을 검출함으로써, 저장된 디지털 데이터를 검출할 수 있다. 물론, 검출 과정은 DNA 분자에서 스타트 서열 패턴을 검출하여 디지털 정보가 저장된 시작 부분을 인식하고, 해당 부분 이후의 DNA 서열에 대한 전기 신호 차이를 통해 값 서열 패턴을 확인함으로써, DNA 분자에 저장된 디지털 데이터 값을 인지하며, 이러한 과정을 엔드 서열 패턴이 검출될 때까지 수행함으로써, DNA 분자에 저장된 디지털 데이터를 검출할 수 있다. 이렇게 검출된 디지털 데이터는 미리 설정된 디코딩 방식을 이용하여 해당 정보를 확인할 수 있다.In addition, the present invention may detect the digital information stored in the DNA molecule by the above-described method, and by confirming the sequence pattern for the digital data value through the difference in the electrical signal for the sequence of the DNA molecule, the digital stored in the DNA molecule The data stored in the DNA molecules can be identified by recognizing the data values and decoding the digital data. That is, the present invention is not limited to the method of storing digital data in the DNA molecule, and may also include a method of reading digital information stored in the DNA molecule in this manner. Specifically, the present invention can detect the digital signal stored in the sequence pattern of the DNA molecule through the same method as the nanopore sequencing method, and detect the sequence pattern by using the detected electrical signal difference, thereby detecting the stored digital data. have. Of course, the detection process detects the start sequence pattern in the DNA molecule, recognizes the beginning of storing the digital information, and confirms the value sequence pattern through the electrical signal difference for the DNA sequence after that portion, thereby saving the digital data stored in the DNA molecule. By recognizing the value and performing this process until the end sequence pattern is detected, digital data stored in the DNA molecule can be detected. The detected digital data may identify corresponding information by using a preset decoding scheme.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs). ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and may configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiments may be embodied in the form of program instructions that may be executed by various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (14)

디지털 정보를 수신하는 단계; 및Receiving digital information; And 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값에 대응하는 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편(fragment)을 이용하여 상기 수신된 디지털 정보를 저장하는 단계Storing the received digital information using a pre-synthesized predetermined length DNA fragment corresponding to the first and second values of the digital data. 를 포함하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.DNA molecule-based information storage method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편을 합성하는 단계Synthesizing a DNA fragment corresponding to the first value and the second value 를 더 포함하고,More, 상기 DNA 절편은The DNA fragment 상기 DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 상기 제1 값과 제2 값 각각에 대응하는 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.And a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first value and the second value such that electrical properties of the DNA fragments are different. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저장하는 단계는The storing step 루프 구조를 포함하는 프라이머(primer)를 사용하여 상기 DNA 절편을 연결함으로써, 상기 DNA 절편을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.A DNA molecule-based information storage method, characterized in that for storing the digital information by using the DNA fragments by connecting the DNA fragments using a primer including a loop structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저장하는 단계는The storing step 상기 DNA 절편의 DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.And storing the digital information by using electrical characteristics of the DNA sequence of the DNA fragment. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 DNA 절편은The DNA fragment 상기 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, 상기 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, 상기 DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.A start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, an end sequence pattern indicating the end of the DNA fragment and A DNA molecule based information storage method comprising a linker sequence pattern for a ligation assay. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저장하는 단계는The storing step 디코딩을 위한 인코딩 정보를 상기 DNA 절편에 추가적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.And storing encoding information for decoding in the DNA fragment. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 디지털 정보가 저장된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭하는 단계Amplifying the DNA fragment storing the digital information using an amplification primer 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 방법.DNA molecule-based information storage method characterized in that it further comprises. 디지털 정보를 수신하는 수신부; 및A receiver for receiving digital information; And 디지털 데이터의 제1 값과 제2 값에 대응하는 미리 합성된 일정 길이의 DNA 절편(fragment)을 이용하여 상기 수신된 디지털 정보를 저장하는 저장부A storage unit for storing the received digital information using a pre-synthesized DNA fragment of a predetermined length corresponding to the first value and the second value of the digital data 를 포함하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.DNA molecule-based information storage device comprising a. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 값과 제2 값에 대응하는 DNA 절편을 합성하는 합성부Synthesis unit for synthesizing DNA fragments corresponding to the first value and the second value 를 더 포함하고,More, 상기 DNA 절편은The DNA fragment 상기 DNA 절편의 전기적 속성이 달라지도록 상기 제1 값과 제2 값 각각에 대응하는 미리 설정된 서열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.And a predetermined sequence pattern corresponding to each of the first and second values so that the electrical properties of the DNA fragments are different. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 저장부는The storage unit 루프 구조를 포함하는 프라이머(primer)를 사용하여 상기 DNA 절편을 연결함으로써, 상기 DNA 절편을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.A DNA molecule-based information storage device, characterized in that for storing the digital information by using the DNA fragments by connecting the DNA fragments using a primer (primer) comprising a loop structure. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 저장부는The storage unit 상기 DNA 절편의 DNA 서열이 가지는 전기적 특성을 이용하여 상기 디지털 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.The DNA molecule-based information storage device, characterized in that for storing the digital information by using the electrical properties of the DNA sequence of the DNA fragment. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 DNA 절편은The DNA fragment 상기 DNA 절편의 시작을 나타내는 스타트(start) 서열 패턴, 상기 제1 값과 상기 제2 값 중 어느 하나의 값에 대응하는 값 서열 패턴, 상기 DNA 절편의 끝을 나타내는 엔드(end) 서열 패턴 및 리게이션 어세이(ligation assay)를 위한 링커 서열 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.A start sequence pattern indicating the start of the DNA fragment, a value sequence pattern corresponding to any one of the first value and the second value, an end sequence pattern indicating the end of the DNA fragment and A DNA molecule based information storage device comprising a linker sequence pattern for a ligation assay. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 저장부는The storage unit 디코딩을 위한 인코딩 정보를 상기 DNA 절편에 추가적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.DNA molecule-based information storage device, characterized in that for additionally storing the encoding information for decoding in the DNA fragment. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 디지털 정보가 저장된 DNA 절편을 증폭 프라이머를 이용하여 증폭하는 증폭부An amplification unit for amplifying the DNA fragment storing the digital information using an amplification primer 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DNA 분자 기반 정보 저장 장치.DNA molecule-based information storage device further comprises.
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