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Durchbruch mit DNA-Speicher : Die Festplatte für die Ewigkeit

Alle Videos, Bilder, E-Mails und sonstige Dateien von 600 Smartphones können in dieser geringen Menge an Erbsubstanz gespeichert werden, die sich in dem Teströhrchen (rechts) befindet. Bild: Tara Brown Photography/University of Washington

Alle Daten der Welt in einem Kilo verpackt, fehlerfrei gesichert bis ans Ende der Tage? Mit Chips bräuchte es dazu nicht nur eines Energiewunders. Zwei Biologen haben einen „DNA-Brunnen“ programmiert, der die Erbsubstanz als Datenspeicher sexy macht.

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          Kein Datenspeicher der Welt und auch alle Magnetspulen zusammen würden es nicht schaffen, sämtliche digitalen Daten abzuspeichern, die heute rund um den Globus produziert werden. Mit dem Erbmaterial DNA wäre das eine Leichtigkeit. Buchstäblich. Ein Kilogramm der Erbsubstanz, die chemisch als Desoxyribonukleinsäure bezeichnet wird und wie ein langer, unsichtbarer und extrem dünner kodierter „Lebensfaden“ in jeder unserer Körperzellen schwimmt, würde theoretisch  ausreichen, die gesamten Daten der Welt abzuspeichern – und zwar  Hunderttausende von Jahren lang, sofern die DNA kühl und trocken gelagert wird.  Das Leben selbst hat es vorgemacht. Höhlenfunde von menschlichen Knochenfragmenten haben gezeigt, dass im Genom jeder Zelle Gigabyte an genetischen Daten mit dem Bauplan des Menschen praktisch unbeschadet erhalten bleiben. Die Frage ist nur: Kann man so einen hocheffizienten molekularen Datenspeicher auch technologisch herstellen – und zu konkurrenzfähigen Preisen? 

          Joachim Müller-Jung

          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Eine überzeugende  Antwort auf den ersten Teil der Frage haben Molekularbiologen und Bioinformatiker  jetzt wohl geliefert : Ja, die extreme Datendichte und Stabilität des Genoms lässt sich schon mit den heutigen Mitteln der Bioingenieure und Programmierer nutzen.  Fünf Jahre, nachdem der Harvard-Genetiker George Church zum ersten Mal kommerzielle Digitalinformation auf DNA-Schnipsel abgespeichert hatte, haben jetzt Wissenschaftler der Columbia University und des New York  Genome Center einen Weg gefunden, die  Datenspeicherkapazität und –qualität synthetisch erzeugter Erbsubstanz noch einmal radikal zu steigern. Mit einer  Speicherkapazität von 215 Petabyte pro Gramm DNA ist man damit schon sehr nahe an der theoretischen Datendichte des Erbmaterials. 

          In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Science“ kann man nachlesen, wie Yaniv Erlich und Dina Zielinski diesen ingenieurwissenschaftlichen Triumph als mögliche Eintrittspforte in eine neue digitale Ära feiern. „Mit unserer effizienten und robusten Kodierstrategie , die praktisch unbegrenzte Speicherung und Wiedergewinnung von digitalen Informationen erlaubt, sind wir näher an der Shannon-Kapazität der DNA-Speicherung als jemals zuvor“, schreiben die beiden Autoren.

          DNA-Speicher sind Energiewunder

          Noch wachsen die Speicherkapazitäten der gängigen Datenspeicher dank der Miniaturisierung der Chips exponentiell an,  doch Moores Gesetz hin oder her – auf lange Sicht sind die Bit- und Bytespeicher  auf Siliziumbasis viel zu instabil und auch viel zu ineffizient. Dazu kommt: Großcomputer verschlingen viele Megawatt an Leistung. Das gilt für Rechner auf Siliziumbasis wie auch für solche mit Magnetspeicher, die immerhin die Daten sehr viel dichter packen können. Theoretisch, so hat David Markovitz, ein amerikanischer Neurowissenschaftler im vergangenen Jahr in „Nature“ vorgerechnet, wäre zwar ein riesiges Datenzentrum denkbar, ausgestattet mit Abertausenden von Magnetspeichern, die Exabyte – mehr als eine Milliarde Gigabyte – aufnehmen, „aber so ein Rechenzentrum würde allein an Baukosten mehr als eine Milliarde Dollar verschlingen, mehr als zehn Jahre Bauzeit in Anspruch nehmen und Hunderte Megawatt Strom jährlich verbrauchen“. Angesichts der exponentiellen Zunahme an Datenkapazitäten wäre der Speicher praktisch schon bei der Fertigstellung veraltet.

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