DNA als Datenspeicher ein Experiment von Microsoft

Der Datenberg wächst unaufhaltsam!

Wie spiegel.de berichtete, geht es um eine stetig wachsende Datenmenge, die zu bewältigen ist. Es sind Forschungsarbeiten, Sensoren, private Bilder und digitalisierte Archive, die ausufern. Bis 2020 soll dieser Datenberg Schätzungen zufolge 44 Billionen Gigabyte groß werden. Doch wie soll man diese Datenmenge zukünftig speichern?

Damit sind die heutigen Speichermedien seien es Magnetbänder oder Festplatten überfordert. Da geht es im Wesentlichen um Fragen wie die Haltbarkeit und auch Platzbedarf. Das heißt konkret: Einen Kubikmillimeter braucht man heute etwa, um zehn Gigabyte zu speichern.

Naturnahe Lösungen gefragt

Lösungsansätze bietet hier die Natur, sie zeigt, dass man in DNA Daten hunderttausendfach dichter packen kann. Zudem kann ein DNA-Strang Jahrhunderte überdauern. Schon 2013 feierten Forscher erste Erfolge mit diesem Speichermedium.

Wie geschieht eine solche Speicherung?

Microsoft Forscher und Wissenschaftlern der University of Washington haben dazu eine Arbeit veröffentlicht. Darin beschrieben sie zum ersten Mal ein System, das digitale Daten in Form künstlicher DNA speichert und wiederherstellt. Das geschieht in drei Schritten:

1. Als Erstes muss man die Sprache der Computer, also eine Folge aus Einsen und Nullen, in die Sprache der DNA übersetzen, nämlich eine Folge der Buchstaben A, C, G und T. Sie stehen für die Bestandteile DNA-Sequenz: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin.
2. Aus ihnen bestehen die DNA-Stränge, die im zweiten Schritt hergestellt werden, nachdem die Daten in kleine Portionen aufgeteilt wurden. Jetzt sind sie gespeichert.
3. Der dritte Schritt ist, die Daten wieder auszulesen, schließlich muss man auf sie zugreifen können. Dazu nutzen die Forscher die DNA-Sequenzierung - eine Methode, die etwa in der Biologie dazu dient, Erbgut zu entschlüsseln. Dabei hilft ihnen ein Trick, den sie beim Speichern der Daten beachten: Sie codierten mit den Sequenzen so etwas wie Postleitzahlen und Straßennamen, um sich in der Masse aus As, Cs, Gs, und Ts zurechtzufinden.

Es gelang damit, drei Bilder fehlerfrei in DNA-Form zu speichern: eines von der Oper in Sydney, ein Katzenfoto und das Bild eines Emojis, das einen Affen darstellt, der sich die Hände vor die Augen hält.

Was heißt das für die Zukunft?

Trotz großer Anfangserfolge werden noch Jahre vergehen bis Bücher, Forschungsarbeiten, Sensordaten und Katzenfotos in DNA-Speicherzentren landen können. Zum einen steckt die Technik in den Kinderschuhen, zum anderen ist sie noch sehr teuer.

Die Forscher machen dennoch gute Fortschritte. Ein Beispiel: Das komplette Erbgut eines Menschen auszulesen, kostete vor 15 Jahren noch knapp 100 Millionen Dollar. Heute ist es für unter 1000 Dollar möglich.