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Pantheon-DNA: Versatile encoding-decoding system with integrated adaptive NGS preprocessing algorithms for DNA data storage

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Autor(es):
Leal, Adriano Galindo ; Aoyagi, Thiago Yuji ; Costa-Martins, Andre Guilherme ; de Souza, Diego Trindade ; de Souza, Trindade ; da Silva, Cristina Maria Ferreira ; Ueda, Eduardo Takeo ; Parada, Marcelo Gonzaga de Oliveira ; Feitosa, Allan Eduardo ; Fujita, Andre
Número total de Autores: 10
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: COMPUTATIONAL AND STRUCTURAL BIOTECHNOLOGY JOURNAL; v. 27, p. 11-pg., 2025-01-01.
Resumo

We introduce Pantheon-DNA, an end-to-end processing pipeline for DNA data storage that effectively addresses scalability challenges while efficiently managing large datasets, maintaining >= 99.996% retrievability at 10x coverage under both LER and HER in our tests. To prevent repetitive patterns in DNA sequences, which potentially cause chimeras at the molecular level and also hinder clustering algorithms, we propose a data arrangement scheme and a randomization procedure during encoding. We use block data architecture to enhance parallel processing and retrieval. The proposed sequencing data preprocessing pipeline utilizes prior knowledge of the data structure encoded in the DNA sequences to simplify conventional clustering routines and reduce computational complexity. The system's robustness and reliability are validated through an actual synthesis and sequencing experiment, which encodes and decodes 1.59 MB of data containing multiple files. Future enhancements will focus on refining error correction capabilities, particularly for indel recovery, as well as optimizing preprocessing efficiency and sensitivity. (AU)

Processo FAPESP: 17/50343-2 - Plano de desenvolvimento institucional na área de transformação digital: manufatura avançada e cidades inteligentes e sustentáveis (PDIp)
Beneficiário:Zehbour Panossian
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Modernização de Institutos Estaduais de Pesquisa
Processo FAPESP: 19/01664-6 - Aplicação do aprendizado de máquina na internet das coisas que compõem o ecossistema ciber-físico das cidades inteligentes
Beneficiário:Adriano Galindo Leal
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
Processo FAPESP: 20/09850-0 - Centro de Pesquisa Aplicada em Inteligência Artificial: impulsionando a transformação das indústrias rumo ao padrão 5.0
Beneficiário:Jefferson de Oliveira Gomes
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa Aplicada