Erbgut als Festplatte: Erstes Buch im DNA-Code geschrieben

Genom-Forscher haben ein 300 Seiten starkes Sachbuch als Abfolge von Nullen und Einsen abgespeichert. Neu ist das verwendete Medium: DNA. Ist das Erbmolekül der Speicher der Zukunft?

Harvard Medical School in Boston: George Church schrieb Literatur im Erbgut-Format Zur Großansicht
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Harvard Medical School in Boston: George Church schrieb Literatur im Erbgut-Format

Einen ungewöhnlichen Vorstoß, die explodierende Datenflut in handliche Formate zu pressen, haben nun Biologen unternommen: Harvard-Professor George Church und Team haben ein Buch mit den Bausteinen der Erbsubstanz DNA abgeschrieben und gespeichert. Das Experiment wurde nun im Wissenschaftsmagazin "Science" vorgestellt. Es könnte einen neuen Weg aufzeigen, Informationen zu archivieren und dabei weniger Speicherkapazitäten auf Computerfestplatten zu belegen, erklären die Wissenschaftler.

Umgewandelt in reine Biologie hat Genomforscher Church sein Sachbuch "Regenesis - Wie die synthetische Biologie die Natur und uns selbst neu erfinden wird" ("Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves"), das er gemeinsam mit dem Wissenschaftsautor Ed Regis verfasst hat. Als gewöhnliches Sachbuch umfasst der englischsprachige Titel 53.426 Worte auf 300 Seiten, inklusive elf Abbildungen. Mit seinem Mitarbeiter Sri Kosuri wandelte er den Titel dann in ein Biomolekül um.

In Sachen Speicherdichte unschlagbar

Eigentlich eine naheliegende Idee: Die DNA hat sich schließlich seit Milliarden Jahren als Speichermedium bewährt. Church hat sich deren Prinzip zunutze gemacht: Die Erbsubstanz DNA besteht aus vier unterschiedlichen Nukleotid-Bausteinen: A, C, G, T - sie sind sozusagen die Buchstaben des Genoms. Nicht ohne Grund wird die DNA gern auch "Buch des Lebens" genannt.

Aus diesen Buchstaben erzeugte der Biologe nun einen digitalen Binärcode, dabei standen A und C für null, die beiden anderen, G und T, für eins. Das ursprüngliche Sachbuch wurde dann mittels modernster DNA-Synthesetechnik ausgelesen und umgewandelt. So entstand ein Titel mit einer Informationsmenge von 5,27 Megabyte - auf das kleinste Smartphone passt 20-mal so viel.

Auch die Fehlerquote der churchschen Methode kann sich sehen lassen. Sie liegt bei zwei Fehlern pro Million Bits - das entspricht in etwa jener Rate, die auch bei DVDs auftritt und ist somit deutlich besser als die herkömmlicher Festplatten.

Schlecht schneidet das System bislang bei den Kosten ab. Für kommerzielle Anwendungen ist es derzeit noch viel zu aufwendig und teuer. Daniel Gibson vom J. Craig Venter Institute im US-Bundesstaat Maryland sieht darin kein grundsätzliches Problem: "Die Technologie wird bald billiger, schneller und kleiner sein." Und dann könnte die DNA ihre entscheidenden Vorteile ausspielen.

Geeignet ist das Erbmolekül zwar nicht für das Arbeiten mit Daten, das Überspielen und Verändern, wohl aber als langfristiges Archiv, erklärt Harvard-Forscher Sri Kosuri.

nik

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Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene sogenannte Nukleinsäuren: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.

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