In unserem heutigen digitalen Zeitalter liegen unsere gesamten Daten auf DVDs, USB-Sticks oder sonstigen Festplatten gespeichert. Das heißt auch, unser gesamtes gesammeltes Wissen befindet sich auf Datenträgern, die mit Sicherheit keine Tausende von Jahren überdauern werden. Deshalb wurde immer nach neuen Möglichkeiten gesucht, die eine Langzeitspeicherung großer Datenmengen garantieren und sie so auch unseren weit in der Zukunft lebenden Nachfahren zur Verfügung stehen.

DNA
© Nogas1974/Wikimedia
Unsere Wissenschaftler widmeten deshalb einem bestimmten Speichermedium aus der Natur eine ganz besondere Aufmerksamkeit: Der Erbsubstanz DNA. Doch zwar bietet die DNA die Möglichkeit, große Datenmengen kompakt abzuspeichern aber die Daten lassen sich nicht auf Dauer fehlerfrei zurückgewinnen, denn durch chemischen Zerfall der DNA und Fehler beim Auslesen der Daten entstehen Lücken und Fehlinformationen in den kodierten Daten. Dies war bisher der Grund, warum man nicht auf DNA-Speichermedien umsteigen konnte. Doch jetzt berichten Wissenschaftler der Columbia University und des New York Genom Centers im Magazin „Science“, dass es ihnen gelungen sei, das Speicherpotenzial des Erbgutmoleküls ohne jeden Datenverlust nutzen zu können.

Dazu übersetzten sie den zugrunde liegenden digitalen Code von sechs Datenpaketen in einen biologischen Code mit den vier Basen, aus denen auch die DNA aufgebaut ist: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese Basen dienten als Alphabet für die künstlichen Speicher. Die Übersetzung erfolgte dann indem man die Datenpakete zunächst jeweils komprimierte und in kleine Reihen binärer Codes (Nullen und Einsen) zerstückelte. Dann wurden diese Binärcode-Reihen mithilfe eines sogenannten Fountain-Code-Algorithmus den vier DNA-Bausteinen zuge- ordnet. Später wurden in einem DNA-Synthese-Labor entsprechend den Abfolgen datentragende Erbgutmoleküle zusammengebaut. So konnten die Wissenschaftler insgesamt 72.000 jeweils 200 basenlange DNA-Stränge erzeugen. So konnte man 215 Petabyte (215 Mio. Gigabyte) Daten in nur einem Gramm DNA speichern, was die Hundertfache Menge früherer Ergebnisse darstellt. Theoretisch würde die Grenze eigentlich bei 1,8 Bits je Baustein liegen, doch mittels ihrem DNA Fountain-Verfahren konnten 1,6 Bits erreicht werden. „Wir glauben, dass es sich um das Speichermedium mit der bisher höchsten Datendichte überhaupt handelt“, sagt der an der Studie beteiligte Yaniv Erlich.

Um die Daten wieder auslesen zu können, wurde der gesamte Vorgang einfach nur in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Also die Abfolge der Erbgutbausteine mit besonderen Geräten ausgelesen, über eine speziellen Software wieder in einen binären Code übersetzt und letztendlich wieder zu den sechs Datenpaketen zusammengesetzt - und das alles ohne einen einzigen Fehler.

In 2015 hatte die »Eidgenössische Technische Hochschule Zürich« (ETH) ebenfalls eine Lösung vorgestellt, wie man Informationen in Form von DNA fehlerfrei abspeichern und auf diese Weise fast ewig haltbar machen könnte (wir berichteten).