Auf DNA lassen sich riesige Datenmengen speichern

Wird DNA der neue Superspeicher für Daten?

Foto: Pixabay

Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Datenspeicherung gefunden. Mit ihr würden alle Informationen des Planeten in eine Lagerhalle passen.

Aktuell steigen die Datenmengen, welche die Menschheit produziert, exponentiell an. Kein Wunder, schließlich werden auch Computer immer leistungsfähiger. Wohin aber mit all den Informationen, wenn Speichermedien trotz technischen Fortschritts irgendwann an ihre Grenzen gelangen?

Forscher haben einen Weg entdeckt, riesige Mengen digitaler Informationen auf einem winzigen Datenträger zu lagern: auf DNA. Damit machen Wissenschaftler das uralte Speichersystem der Natur auch für moderne Daten nutzbar. Ihre Erkenntnisse haben Yaniv Erlich, Computerwissenschaftler an der Columbia University und Mitarbeiter am New York Genome Center, und Kollegin Dina Zielinski im Wissenschaftsmagazin „Science“ veröffentlicht.

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Effektives Speichersystem für die Ewigkeit

Mit dem System sind die Wissenschaftler demnach in der Lage, 215 Petabyte (215 000 Terabyte) in einem einzigen Gramm DNA unterzubringen. Auf diese Weise könnten nicht nur alle jemals aufgenommenen Daten in einigen Containern untergebracht werden – sie halten auch noch ewig. „DNA wird im Laufe der Zeit nicht zerfallen wie Kassetten und CDs, und sie ist zeitlos“, sagt Erlich.

Erlichs und Zielinskis Methode der DNA-Datenspeicherung nennt sich DNA-Fountain – sie enthält einen Algorithmus, der eigentlich für das Videostreaming auf Smartphones entwickelt wurde.

Ihr Experiment begannen sie mit sechs Dateien, unter anderem einem kompletten Computerbetriebssystem, einem Computervirus und einem Film. Diese komprimierten sie in eine Masterdatei und teilten die Daten dann in binäre Zeichenfolgen aus Nullen und Einsen auf.

Dann kam der DNA-Fountain-Algorithmus zum Einsatz. Dieser ordnete die Folgen in so genannte Droplets an, denen die Forscher zusätzliche Markierungen verpassten, um sie später in der richtigen Reihenfolge wieder zusammenzusetzen. Anschließend wurden die Droplets in den vier Nukleotidbasen der DNA abgebildet. So generierten Erlich und Zielinski eine digitale Liste von 72.000 DNA-Strängen mit jeweils 200 Basen.

Keine Fehler bei der Wiederherstellung

Als Textdateien schickten sie die Daten an Twist Bioscience, ein Startup in San Francisco, welches die DNA-Stränge synthetisierte. Zwei Wochen später erhielten die Wissenschaftler ein Fläschchen mit einem Stück DNA, das ihre Daten enthielt. Mit moderner Sequenzierungstechnologie decodierten sie die DNA wieder. Der Computer wandelte die DNA-Sequenzen in Binärcode um, dank der Markierungen konnten Erlich und Zielinski die sechs Originaldateien unbeschadet wiederherstellen.

© Vimeo // Yaniv Erlich’s Lab

Problematisch sind – wie meist in solch frühen Phasen der Entwicklung – noch die Kosten. Zwei Megabyte an Daten zu synthetisieren, kostet 7.000 US-Dollar, das Lesen weitere 2.000 US-Dollar. Zudem dauert der Vorgang im Vergleich zu anderen Formen der Datenspeicherung relativ lange.

Also wird es wohl noch Zeit brauchen, bis sich DNA wirklich als unser neues Speichermedium durchsetzt. Doch das war bei den USB-Sticks nicht anders …

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