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WISSENSCHAFT IM TREND: Alle Daten dieser Welt in einer Kaffeetasse speichern

Die Wissenschaft möchte unser digitales Leben als DNA speichern.

Grundlagenforschung

Daten sind allgegenwärtig. Wie sieht es mit den 10 Billionen Gigabyte an Daten in unserem digitalen Universum aus? Dazu kommen jeden Tag weitere 2,5 Millionen Gigabyte an Daten, die auf E-Mails, Fotos, Tweets und andere digitale Dateien zurückgehen. Diese Zahl steigt noch weiter. Die meisten Daten werden in großen Exabyte-Datenzentren gespeichert, deren Bau und Instandhaltung über 800 Millionen EUR kostet.

DNA als sinnvolles Speichermedium?

Es gibt eine andere Lösung, um die riesigen Mengen digitaler Inhalte zu speichern. Die DNA enthält alle unsere genetischen Informationen und speichert aufgrund ihrer hohen Speicherdichte immense Mengen an solchen Informationen. Die Idee der digitalen DNA-Datenspeicherung ist nicht neu, da sie bereits in den späten 1950er Jahren entstand. Die praktische Umsetzung ist allerdings mit erheblichen Hindernissen verbunden gewesen. Können Sie sich vorstellen, alle Ihre digitalen Fotos, Audiodateien, Dokumente und sonstigen Dateien als DNA an einem Ort zu speichern? Genauer gesagt könnten in einer Kaffeetasse voller DNA theoretisch alle Daten dieser Welt gespeichert werden. Laut der Fachzeitschrift „Nature Materials“ hat ein Wissenschaftsteam vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und von Harvard ein Verfahren zum Kennzeichnen und Abrufen von DNA-Daten entwickelt. Dieses könnte zur Machbarkeit der DNA-Datenspeicherung beitragen. „Wir brauchen neue Lösungen für die Speicherung dieser massiven Datenmengen, die die Welt ansammelt, insbesondere Archivdaten“, kommentierte Co-Autor Mark Bathe, MIT-Professor für Biotechnologie in einer Pressemitteilung des Instituts. „DNA ist sogar noch tausendfach dichter als ein Flash-Speicher und eine weitere interessante Eigenschaft ist, dass die DNA nach der Polymerisation keine Energie verbraucht. Die DNA kann geschrieben und dann für immer gespeichert werden.“ Die Wissenschaftsgemeinde hat bereits demonstriert, dass Bilder und Textseiten als DNA kodiert werden können. Bei diesem neuen Verfahren werden DNA-Dateien in DNA-barcodierte Silicapartikel eingekapselt. Das MIT-Team kann einzelne Bilder genau extrahieren, die in einem Satz von 20 Bildern als DNA-Sequenzen gespeichert sind. Diese neuartige Methode könnte das Speichern von Dateien im Potenzmaßstab 10²⁰ ermöglichen.

Warten auf den Kostenrückgang

Die Verwendung von DNA als Speichermethode ist sehr stabil und einfach. Die Synthese und Sequenzierung ist jedoch mit heftigen Kosten verbunden. Das Schreiben von 1 Million Gigabyte kostet über 800 Millionen EUR. Die Kosten der DNA-Synthese werden um etwa sechs Größenordnungen sinken müssen – dies soll im kommenden oder im darauffolgenden Jahrzehnt der Fall sein. „Falls die DNA-Synthese günstig genug wird, wären wir in der Lage, die Datengröße zu maximieren, die wir mit unserem Ansatz pro Datei speichern können“, erklärt der leitende Autor und verantwortliche MIT-Postdoktorand James Banal. George Church, Professor für Genetik an der Harvard Medical School der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete das Verfahren als „Quantensprung für das Wissensmanagement und die Recherchetechnologie.“ Er führte aus: „Der rasante Fortschritt im Schreiben, Kopieren, Lesen und in der energieschonenden Archivdatenspeicherung in DNA-Form hat kaum erforschte Möglichkeiten für das genaue Abrufen von Daten aus riesigen (im Bereich von 10²¹ Byte, Zettabyte-Skala) Datenbanken aufgetan. Die neue Studie geht dies in spektakulärer Weise durch die Verwendung einer völlig unabhängigen äußeren DNA-Ebene und Nutzung verschiedener DNA-Eigenschaften (Hybridisierung anstelle von Sequenzierung) an, und es werden außerdem bestehende Instrumente und chemische Stoffe verwendet.“ Die Revolutionierung der Datenspeicherung und -archivierung auf diese Weise mag weit entfernt erscheinen. Vor nicht allzu langer Zeit dachten wir das Gleiche über Datenspeichermedien wie Speichersticks und CDs.

Schlüsselbegriffe

DNA, Daten, Datei, Speicherung, Datenspeicherung, digital, Gigabyte