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Extrem winzig, extrem haltbar Mit DNA-Speichern ist "Großes möglich"

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Die Vorteile von DNA als Datenträger: Auf sehr wenig Platz können sehr große Datenmengen gespeichert werden.

(Foto: imago images/StockTrek Images)

Im Erbmaterial eines Menschen, seiner DNA, sind alle Informationen über seinen Körper enthalten. Forscher nutzen das Biomolekül nun, um auch ganz andere Daten zu speichern. Etwa eine Fernsehserie. Die Technologie ist zwar noch teuer - aber bietet bisher ungekannte Möglichkeiten.

Beschriebene Tontafeln zählen zu den ersten Informationsspeichern der Menschheit. Mehr als 5000 Jahre dauerte es, bis Geschriebenes schließlich von digitalen Nullen und Einsen abgelöst wurde - dem binären Code der Computer. Die Umstellung brachte eine erhebliche Platzersparnis gegenüber Büchern und Dokumenten. Aber es geht noch kompakter: Seit ein paar Jahren wird künstliche DNA zur Speicherung von Informationen genutzt. Forschern der Technischen Universität München (TUM) gelingt es nun, eine Fernsehserie zu codieren - die deutsche Produktion "Biohackers".

DNA ist die englische Abkürzung für Desoxyribonukleinsäure. Auf Deutsch lautet die Abkürzung DNS. Dabei handelt es sich um ein riesiges Molekül, das im Kern von menschlichen Zellen die Erbinformationen speichert. Diese Information wird durch vier Genbausteine, die Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin kodiert - sie werden durch die Buchstaben A, T, G und C repräsentiert. Der Code kann genau wie der binäre Code der Computer Informationen speicher- und abrufbar machen.

Wie das funktioniert? Um die Daten zu speichern, werden mit biochemischen Verfahren synthetische DNA-Stränge hergestellt. "Wollen wir jetzt beispielsweise die Reihe 01 01 11 00 in DNA speichern, legen wir fest, welche Zahlenkombination welchem Buchstaben entspricht, etwa: 00 ist A, 01 ist C, 10 ist G und 11 ist T", erklärt Projektleiter Reinhard Heckel laut TUM. Nach diesem Prinzip wurde auch die erste Folge von "Biohackers" auf DNA gespeichert. In Computer-Code sind dafür 600 Millionen Nullen und Einsen nötig, also rund 75 Megabyte.

200 Exabyte auf einem Gramm DNA

Doch die DNA-Technologie verspricht noch wesentlich mehr: Im vergangenen Jahr meldete das US-Startup Catalog, dass es alle Seiten der englischsprachigen Version von Wikipedia in Form von DNA gespeichert hatte - insgesamt 16 Gigabyte. Und DNA hat zudem eine unglaublich hohe Informationsdichte. Die "Biohackers"-Folge etwa passte auf lediglich ein billionstel Gramm DNA. Theoretisch sind bis zu 200 Exabyte auf einem Gramm DNA möglich, sagt Heckel. Das sind 200 Milliarden Gigabyte. Ein DNA-Speicher von der Größe eines Schuhkartons würde ausreichen, um den gesamten Inhalt des Internets zu speichern.

Ein weiterer Vorteil von DNA-Speichern ist ihre lange Haltbarkeit. "Wenn Ihr PC und dessen Festplatte immer ausgeschaltet beziehungsweise unbeschrieben blieben, würden die Daten nach ein paar Jahren verschwinden", so Heckel. "DNA hingegen, richtig verpackt, kann viele tausend Jahre stabil bleiben." Bestes Beispiel dafür ist die DNA von ausgestorbenen Tieren, wie etwa dem Mammut, die noch heute ausgelesen werden kann. Um die künstliche DNA als Datenspeicher unzerstörbar zu machen, wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem die DNA-Stränge in nur Nanometer große Glaskügelchen eingeschlossen werden. "Damit ist die DNA mechanisch geschützt", so Heckel.

Die Speichermethode DNA stellt die Wissenschaft jedoch auch vor Probleme: Etwa können beim Schreiben, Speichern und Lesen der Daten Fehler entstehen. "Werden diese Fehler nicht korrigiert, gehen die Daten, die auf der DNA gespeichert sind, verloren", sagt Heckel. Mit einem neuen Algorithmus habe er das Problem aber lösen können. Das Prinzip dahinter: "Stellen Sie sich Sprache vor: Wenn wir ein Wort mit fehlenden oder falschen Buchstaben lesen oder hören, schafft es die Rechenleistung unseres Gehirns trotzdem, das Wort zu verstehen." Der Algorithmus arbeite ähnlich.

Nachteil: hohe Kosten

Ein Nachteil der DNA-Speicher sind die hohen Kosten. Denn das Herstellen und Lesen ist sehr aufwändig. Im vergangenen Jahr hatte Microsoft ein System vorgestellt, welches Daten automatisiert in DNA speichern und wieder auslesen kann. Allerdings war es sehr langsam: Um fünf Byte zu speichern, waren 21 Stunden nötig - für das Auslesen allerdings nur sechs Minuten.

Heckel und seine Kollegen arbeiten nun daran, DNA-Speicher günstiger und schneller zu machen. "'Biohackers' war ein Meilenstein in Richtung Kommerzialisierung, doch es liegt noch ein weiter Weg vor uns", sagt der Forscher. Wenn sich die Technologie durchsetze, sei "Großes möglich". Ganze Bibliotheken, sämtliche Filme, Fotos, Musik, Wissen jeglicher Art könnte auf DNA gespeichert werden und "der Menschheit somit für immer zur Verfügung stehen".

Quelle: ntv.de

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