DNA-Speicher: 100 Millionen Stunden HD-Videos in einer Kaffeetasse

dna

Vergesst Festplatten, Flash-Speicher und alles was ihr sonst noch so kennt wenn es um hohe Speicherdichten und lange Haltbarkeit der Daten geht. Forscher haben den Machbarkeitsbeweis geliefert: Texte, Bilder und Musik, zusammen etwas weniger als 1 MB, wurden in einem mikroskopisch großen Krümel DNA gespeichert und später wieder ausgelesen.

Alles, was wir bei der Geburt von unseren Eltern mitbekommen haben ist in unserer Erbsubstanz, der DNA (Desoxyribo-Nuclein-Acid) gespeichert. Da drin steht in codierter Form wie viele Ohren wir haben, woraus unsere Zähne bestehen, welche Blutgruppe wir haben und ob wir ein Männlein oder Weiblein sind. Und diese Daten sind so dicht gepackt, dass im Kern jeder einzelnen Zelle unseres Körper zwei Kopien unseres vollständigen Bauplans Platz haben.

Aber warum soll DNA nur als Speicher für den Bauplan von Lebewesen dienen? Speicher ist Speicher, und wenn man den Bauplan für eine Hauskatze, eine Erdbeerpflanze oder für Fußpilz darin abspeichern kann, dann kann man doch sicher auch das Urlaubsvideo vom letzten Sommer und die Sammlung der E-Mails der letzten 5 Jahre als DNA abspeichern.

Das dachten sich – übrigens ohne voneinander zu wissen – auch zwei Forschergruppen in den USA und in Europa, die genau das ausprobiert haben und nun ihre Erkenntnisse veröffentlicht haben.

DNA-Sequencer

DNA-Sequencer

Zur Standard-Ausrüstung eines Gentechnik-Forschungslabors gehören zwei Maschinen, die bereits von eigens dafür gegründeten Firmen serienmäßig hergestellt und immer weiter verbessert werden. Das eine ist ein DNA-Sequencer. In diese Maschine füllt man etwas DNA ein, und nach einiger Zeit spuckt sie eine lange Zeichensequenz aus, die aus den vier Buchstaben A, C, G und T besteht. Die Buchstaben stehen für die vier Nukleinbasen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin, das sind die Bausteine, aus denen ein DNA-Molekül zusammengebaut ist.

Das andere Standard-Gerät ist ein DNA-Synthesizer. Er arbeitet genau umgekehrt. Man gibt eine lange Kombination von A, C, G und T ein, füllt ein paar Chemikalien in kleine Tanks und erhält dann ein paar tausend Kopien jenes DNA-Moleküls, dessen Basenfolge genau der eingegebenen Zeichenkette entspricht.

Als nächstes muss man nur sich nur noch einen Code einfallen lassen, mit dem die Bit und Bytes aus der IT-Welt in umkehrbarer Weise in eine Folge der vier DNA-Buchstaben umgewandelt werden kann, und das ist ziemlich simpel.

DNA-Synthesizer

DNA-Synthesizer

Eine Forschergruppe nahm alle Sonette von Shakespeare, ein Foto des Institutsgebäudes, ein mp3-File mit der Rede „I have a dream“ vom Martin Luther King und eine wissenschaftliche Arbeiter über die Struktur der DNA, übersetzen diese Daten in den ACGT-Code und fütterten damit den Synthesizer. Das Ergebnis wurde in zwei Portionen geteilt und gefriergetrocknet und jede Portion hatte die Größe eines Staubkorn. Diese DNA-Krümel wurden an zwei andere DNA-Labors geschickt, die sie beide mühelos mit ihren Sequenzern analysieren konnten, und mit Hilfe der Codierungsvorschrift gelange es ihnen auch die ursprünglichen Dateien fehlerfrei wiederherzustellen.

Das DNA mindestens 10.000 Jahre lang haltbar ist, weiß man mit Sicherheit, den man konnte die DNA von Mamuts und sogar von Neandertalern analysieren. Und sie bietet die mit Abstand größte Datendichte aller bisher bekannten Speichermedien. Trotz der notwendigen Redundanz (jede Information wird in mehreren tausend Kopien abgelegt) kann man in einer Kaffeetasse so viel DNA unterbringen, um darin 100 Millionen Stunden hochauflösender Videos abzuspeichern, und wenn man die Tasse gut verwahrt, hält die Information mindestens ebenso lange wie in Stein gemeißelte Schrift. Und auch wichtig: Wenn unsere Nachfahren in der Lage sind, die DNA von Lebewesen zu analysieren, werden sie auch den Code kennen um den Inhalt der Kaffeetasse zu verstehen.

Nur das Lesen und Schreiben dauert derzeit noch eine Weile. Um die 739 kB, die in der Studie verwendet wurden, in DNA umzuwandeln, vergingen zwei Tage. Das Auslesen dauerte knapp zwei Wochen, und der ganze Spaß kostete rund 10.000 Euro. Aber die DNA-Labor-Maschinen haben in den letzten 10 Jahren enorm an Geschwindigkeit zugelegt, und das wird auch noch in den nächsten Jahren so weitergehen. Der Preis hat sich noch dramatischer verändert. Noch vor zehn Jahren hätte dieses Experiment eine satte Million gekostet.

Es wird erwartet, das es in 10 bis 15 Jahren nur noch rund 100 Euro kosten wird, und dann ist man bereits in einem Kosten/Nutzen-Bereich, wo DNA-Speicher günstiger als Festplatten sind wenn es darum geht große Datenmengen langfristig (es geht um Jahrhunderte) zu speichern, weil DNA-Moleküle im Gegensatz zu Festplatten nicht alle paar Jahre aufgefrischt werden müssen um ihre Daten zu behalten.

[Spektrum der Wissenschaft, Heft April 2013, Seite 16-18]

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  1. Ist das jetzt nen aprilscherz? weil eigentlich geht es ja, wurde ja schon vor nen paar wochen scohnmal gemacht, 1 mb kostet run 9.5 tausend euro :D

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