CIF: NSF-BSF: Small: Collaborative Research: Characterization and Mitigation of Noise in a Live DNA Storage Channel

CIF:NSF-BSF:小型:合作研究:活体 DNA 存储通道中噪声的表征和缓解

基本信息

  • 批准号:
    1816965
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-10-01 至 2022-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Deoxyribonucleic acid (DNA) is emerging as a potential solution to growing data storage needs, due to recent advances in DNA synthesis and sequencing. Compared to silicon-based storage, DNA offers higher density and data longevity. Data-bearing DNA can be stored in non-biological environments (in vitro) or be embedded into the DNA of living organisms such as bacteria or plants (in vivo). In vivo DNA data storage benefits from a natural protective shell and a reliable and cost-efficient way to copy data. Furthermore, the compatibility of in vivo storage with living cells creates a potential for advances in synthetic-biology algorithms that require a mechanism for data storage. The goal of this project is to develop and demonstrate an in vivo DNA data storage system that is resilient to errors arising during sequencing and synthesis and from mutations, while achieving the maximum possible data density.To achieve its goal, the project relies on the following research thrusts: 1) Characterization of the live DNA channel and 2) Error mitigation and correction. Errors in DNA storage are known to be context-dependent, i.e., they depend on the local structure of the sequence. To enable error control, a mathematical model for the channel of live DNA storage will be formulated and the dependence of error rates on sequence context will be characterized. This project will take advantage of new advances in gene-editing technologies, in particular the CRISPR/Cas system, to characterize the channel through experiments. The second thrust aims to overcome the limitations of the existing error-control techniques, which either do not provide adequate error protection or are highly redundant. The project will develop semiconstrained-coding techniques for limiting the frequency of patterns with high error rates and high-rate error-correction schemes for combating errors. The semiconstrained and error-correction methods will be adapted to the live DNA channel and then implemented to evaluate their performance in practice and to demonstrate their advantages.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
由于DNA合成和测序的最新进展,脱氧核糖核酸(DNA)正在成为满足日益增长的数据存储需求的潜在解决方案。与硅基存储相比,DNA提供了更高的密度和数据寿命。携带数据的DNA可以存储在非生物环境中(体外),也可以嵌入生物体(如细菌或植物)的DNA中(体内)。体内DNA数据存储得益于天然的保护壳和可靠且具有成本效益的数据复制方式。此外,体内存储与活细胞的兼容性为需要数据存储机制的合成生物学算法的进步创造了潜力。该项目的目标是开发和展示一种体内DNA数据存储系统,该系统能够抵御测序和合成过程中以及突变过程中产生的错误,同时实现最大可能的数据密度。为了实现这一目标,该项目依赖于以下研究重点:1)活DNA通道的表征和2)错误缓解和校正。已知DNA存储中的错误是上下文相关的,即,它们取决于序列的局部结构。为了实现错误控制,将制定活DNA存储通道的数学模型,并表征错误率对序列上下文的依赖性。该项目将利用基因编辑技术的新进展,特别是CRISPR/Cas系统,通过实验来表征该通道。第二个目标是克服现有的错误控制技术的局限性,这些技术要么不提供足够的错误保护,要么是高度冗余的。该项目将开发用于限制高错误率模式频率的压缩编码技术和用于消除错误的高错误率纠正方案。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Estimation of duplication history under a stochastic model for tandem repeats
  • DOI:
    10.1186/s12859-019-2603-1
  • 发表时间:
    2019-02-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Farnoud, Farzad;Schwartz, Moshe;Bruck, Jehoshua
  • 通讯作者:
    Bruck, Jehoshua
Syndrome Compression for Optimal Redundancy Codes
最优冗余码的综合症压缩
Trace Reconstruction with Bounded Edit Distance
有界编辑距离的轨迹重建
Robust Indexing - Optimal Codes for DNA Storage
稳健索引 - DNA 存储的最佳代码
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jehoshua Bruck其他文献

CCL: a portable and tunable collective communication library for scalable parallel computers
CCL:用于可扩展并行计算机的可移植且可调的集体通信库
Reflections on “Representations of sets of Boolean functions by commutative rings” by Roman Smolensky
对罗曼·斯摩棱斯基“用交换环表示布尔函数集”的思考
  • DOI:
    10.1007/bf01294254
  • 发表时间:
    1997
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Jehoshua Bruck
  • 通讯作者:
    Jehoshua Bruck
Secret sharing with optimal decoding and repair bandwidth
具有最佳解码和修复带宽的秘密共享
Diversity Coloring for Distributed Data Storage in Networks1
网络中分布式数据存储的多样性着色1
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Anxiao Jiang;Jehoshua Bruck
  • 通讯作者:
    Jehoshua Bruck
Noise and uncertainty in string-duplication systems
字符串复制系统中的噪声和不确定性

Jehoshua Bruck的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jehoshua Bruck', 18)}}的其他基金

CIF: Small: Collaborative Research: Error Correction with Natural Redundancy
CIF:小型:协作研究:利用自然冗余进行纠错
  • 批准号:
    1717884
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CIF: Small: Collaborative Research: Coding for Green Storage Technologies in Nonvolatile Memories
CIF:小型:协作研究:非易失性存储器中的绿色存储技术编码
  • 批准号:
    1218005
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: BRAM: Balanced RAnk Modulation for data storage in next generation flash memories
合作研究:BRAM:下一代闪存数据存储的平衡 RANk 调制
  • 批准号:
    0801795
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NR: Collaborative Research: Scheduling for Efficient and Reliable Data Broadcast
NR:协作研究:高效可靠的数据广播调度
  • 批准号:
    0322475
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Efficient Data Distribution Schemes for Secure and Reliable Networked Storage Systems
合作研究:安全可靠的网络存储系统的高效数据分发方案
  • 批准号:
    0209042
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NYI: Efficient Fault-Tolerant Parallel and Distributed Computing
NYI:高效容错并行和分布式计算
  • 批准号:
    9457811
  • 财政年份:
    1994
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

SYNJ1蛋白片段通过促进突触蛋白NSF聚集在帕金森病发生中的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
NSF蛋白亚硝基化修饰所介导的GluA2 containing-AMPA受体膜稳定性在卒中后抑郁中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82071300
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
参加中美(NSFC-NSF)生物多样性项目评审会
  • 批准号:
    31981220281
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.3 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
参加中美(NSFC-NSF)生物多样性项目评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.6 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
    81981220037
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    2.1 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
中美(NSFC-NSF)EEID联合评审会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.2 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
Mon1b 协同NSF调控早期内吞体膜融合的机制研究
  • 批准号:
    31671397
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    67.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: NSF-BSF: How cell adhesion molecules control neuronal circuit wiring: Binding affinities, binding availability and sub-cellular localization
合作研究:NSF-BSF:细胞粘附分子如何控制神经元电路布线:结合亲和力、结合可用性和亚细胞定位
  • 批准号:
    2321481
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: NSF-BSF: How cell adhesion molecules control neuronal circuit wiring: Binding affinities, binding availability and sub-cellular localization
合作研究:NSF-BSF:细胞粘附分子如何控制神经元电路布线:结合亲和力、结合可用性和亚细胞定位
  • 批准号:
    2321480
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NSF-BSF: Many-Body Physics of Quantum Computation
NSF-BSF:量子计算的多体物理学
  • 批准号:
    2338819
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: NSF-BSF: Under Pressure: The evolution of guard cell turgor and the rise of the angiosperms
合作研究:NSF-BSF:压力之下:保卫细胞膨压的进化和被子植物的兴起
  • 批准号:
    2333889
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NSF-BSF: Under Pressure: The evolution of guard cell turgor and the rise of the angiosperms
合作研究:NSF-BSF:压力之下:保卫细胞膨压的进化和被子植物的兴起
  • 批准号:
    2333888
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NSF-BSF: Towards a Molecular Understanding of Dynamic Active Sites in Advanced Alkaline Water Oxidation Catalysts
NSF-BSF:高级碱性水氧化催化剂动态活性位点的分子理解
  • 批准号:
    2400195
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-BSF: Collaborative Research: Solids and reactive transport processes in sewer systems of the future: modeling and experimental investigation
NSF-BSF:合作研究:未来下水道系统中的固体和反应性输送过程:建模和实验研究
  • 批准号:
    2134594
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-BSF Combinatorial Set Theory and PCF
NSF-BSF 组合集合论和 PCF
  • 批准号:
    2400200
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-BSF: CDS&E: Tensor Train methods for Quantum Impurity Solvers
NSF-BSF:CDS
  • 批准号:
    2401159
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NSF-BSF: Collaborative Research: AF: Small: Algorithmic Performance through History Independence
NSF-BSF:协作研究:AF:小型:通过历史独立性实现算法性能
  • 批准号:
    2420942
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 18.73万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了