Wissenschaft

"Mezzanine" für immer

Massive Attack speichert Album auf DNA

Forscher wollen erstmals ein komplettes Musikalbum im Erbgut unterbringen. Künstliche DNA-Stränge gelten als Speichermedium der Zukunft. Wie funktioniert die Technik?

Massive Attack/ Colourbox/ Caroline Laville

Massive Attack Cover

Montag, 23.04.2018   17:54 Uhr

Das Album "Mezzanine" von Massive Attack gilt als einflussreiches Werk der elektronischen Musik. Als es vor ziemlich genau 20 Jahren erschien, haben die britischen Trip-Hopper sicher nicht darüber nachgedacht, was Forschern in ferner Zukunft einmal möglich sein würde: die Speicherung von "Mezzanine" in DNA.

Genau das haben Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich nun vor. Zwar sind solche Verfahren nicht neu, auch Musik wurde schon häufiger in Erbgut gespeichert. Aber die Datenmenge von 15 Megabyte ist nach Angaben der Forscher die zweitgrößte je in DNA-Molekülen gespeicherte Datei und zudem das erste vollständige Album.

Im Vergleich zu einer CD, die selbst unter besten Lagerungsbedingungen nur wenige Dekaden halten soll, sind die Audiodaten von "Mezzanine" nun deutlich länger verfügbar. "Wir schaffen es auf diese Weise, die Musik für Hunderte bis Tausende Jahre zu archivieren", sagte Robert Grass von der ETH.

ETH Zürich/ Robert Grass

Ausschnitt aus dem DNA-Code von "Mezzanine"

Das Team um Grass übersetzte die digitale Tonspur des Albums in den genetischen Code. "Während auf einer CD oder einer Computerfestplatte die Information in einer Abfolge von Nullen und Einsen gespeichert ist, speichert die Biologie genetische Information in einer Abfolge von vier DNA-Bausteinen - A, C, G und T", erklärt er.

Das heißt: Die Forscher bedienen sich bei der Speicherung prinzipiell eigentlich nur einer anderen Sprache. Statt des bekannten Binärcodes verwenden sie die Bestandteile der DNA-Sequenz, die vier Nukleinbasen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Denn letztlich besteht auch unsere DNA aus Daten.

Zunächst hatten die Forscher die Audiodaten des Albums auf 15 Megabytes verdichtet - dazu nutzten sie das Opus-Audioformat, es liefert eine bessere Musikqualität als MP3. Eine US-Firma stellt nun 920.000 kurze DNA-Schnipsel her, auf denen die gesamte Information gespeichert ist. Mit solch künstlicher DNA, wie sie einst der umstrittene Genforscher Craig Venter entwickelte, arbeiten Forschungslabore schon lange. Zahlreiche Firmen haben sich auf die Herstellung und Vermarktung spezialisiert. Bei der chemisch im Labor hergestellten DNA wird eine digitale Datei mit der gewünschten DNA-Sequenz an eine Synthesemaschine übermittelt, diese fügt die Moleküle entsprechend Stück für Stück aneinander.

Die so entstandene DNA soll laut ETH in 5000 winzige Glaskügelchen eingebracht werden, die in Wasser in einem winzigen Fläschchen aufbewahrt werden können. Es sei jederzeit möglich, die DNA wieder aus den Glaskügelchen herauszulösen, in der richtigen Reihenfolge aneinanderzufügen und die Musikdatei über Sequenzierung der vier DNA-Bausteine zu lesen und abzuspielen.

ETH Zürich/ Robert Grass

Mikroskopische Aufnahme eines Glaskügelchens von 160 Nanometern Durchmesser. In der hellen dünnen Schicht (Pfeil) liegen die DNA-Moleküle, welche die Audioinformation speichern.

"Im Unterschied zu traditionellen Datenspeichern ist es zwar recht aufwendig und teuer, Informationen auf DNA zu speichern", sagte Grass. "Von einmal auf DNA gespeicherter Information können wir jedoch mit nur minimalem Aufwand schnell und kostengünstig Millionen von Kopien erstellen." Vor drei Jahren experimentierten die Forscher in Zürich erstmals mit der Technik. Sie hoffen, dass ihre Weiterentwicklung nun auch kommerzielle Anwendung möglich macht.

Neu ist die Arbeit mit DNA-Speicher aber nicht: US-Forscher und der Konzern Microsoft hatten bereits über 200 Megabyte auf DNA gespeichert, darunter war die Erklärung der Menschenrechte und ein Video der Band OK Go. Im vergangenen Jahr hatten Wissenschaftler mit der molekularen Genschere Crispr digitale Bilder und Filmaufnahmen in das Erbgut von Escherichia-coli-Bakterien eingebaut.

Der Harvard-Professor George Church hatte 2012 sogar ein über 300 Seiten langes Buch gespeichert. Ihm geht es bei dem Verfahren aber nicht nur um die Speicherung der Daten. Er hofft, dass er es irgendwann so programmieren kann, dass die Zellen ihre eigenen Prozesse selbst aufzeichnen. So hätten Forscher einen bisher unbekannten Einblick in die Zellentwicklung.

joe/dpa

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