Forschungsprojekt Microsoft experimentiert mit DNA als Datenspeicher

Gerade hat der Konzern Microsoft Millionen künstlicher DNA-Stränge bestellt. Er erforscht den Erbgutträger als Speichermedium.
DNA-Strang im Modell

DNA-Strang im Modell

Foto: Corbis

Die Firma Twist Bioscience produziert und verkauft DNA-Stränge, meistens gehen sie an Forschungseinrichtungen. Gerade eben hat das Unternehmen aber einen ungewöhnlichen Kunden dazugewonnen : Microsoft. Der Softwarekonzern kauft zehn Millionen künstlich hergestellte DNA-Stränge von Twist Bioscience.

Microsoft will damit ein Problem lösen, das mit der Zeit immer drängender wird: die Langzeitspeicherung von Daten.

Durch immer mehr Forschungsarbeiten, Sensoren, private Bilder und digitalisierte Archive wächst das digitale Universum unaufhaltsam. Bis 2020 soll dieser Datenberg Schätzungen zufolge 44 Billionen Gigabyte groß werden . Eine unvorstellbare Datenmenge. Die Frage ist, wie man die wichtigen Teile davon speichern und langfristig für die Nachwelt erhalten soll.

Heutige Speichermedien wie Magnetbänder oder Festplatten sind dafür kaum geeignet. Zum einen halten sie bestenfalls einige Jahrzehnte und müssen daher immer wieder überspielt werden. Zum anderen nehmen sie viel Raum ein: Einen Kubikmillimeter braucht man heute etwa, um zehn Gigabyte zu speichern.

DNA hält länger durch

Doch die Natur hat dem Menschen eine Speichertechnik mitgegeben, die solche Werte in den Schatten stellt. In DNA, also dem chemischen Molekül, in dessen Form die Baupläne aller Lebewesen gespeichert werden, kann man Daten hunderttausendfach dichter packen. Und ein DNA-Strang übersteht nicht Jahrzehnte, sondern Jahrhunderte und mehr. Schon 2013 feierten Forscher erste Erfolge mit diesem Speichermedium .

Dass Microsoft auf DNA-Speicher setzt, ist nicht erst seit dem jüngsten Großeinkauf bei Twist Bioscience bekannt. Bereits Anfang April veröffentlichten Mitarbeiter der Forschungsabteilung des Konzerns gemeinsam mit Wissenschaftlern der University of Washington eine Arbeit zu dem Thema. Darin beschrieben sie zum ersten Mal ein System, das digitale Daten in Form künstlicher DNA speichert und wiederherstellt . Das geschieht in drei Schritten.

  • 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.
  • Aus ihnen bestehen die DNA-Stränge, die im zweiten Schritt hergestellt werden, nachdem die Daten in kleine Portionen aufgeteilt wurden. Jetzt sind sie gespeichert.
  • 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.

Auf diese Weise gelang es dem Team, 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 (mehr zu Emojis in unserem Quiz).

Doch auch wenn das ein großer Erfolg ist und der Einkauf von zehn Millionen künstlichen DNA-Strängen Hoffnung macht: Es 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 .

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