Datenspeicher

DNA als dauerhafter Datenspeicher

| Autor / Redakteur: Angelika Jacobs * / Nico Litzel

Um unser digitales Wissen für die Ewigkeit zu bewahren, ließen sich ETH-Forscher von Fossilien inspirieren.
Um unser digitales Wissen für die Ewigkeit zu bewahren, ließen sich ETH-Forscher von Fossilien inspirieren. (Bild: Philipp Stössel/ETH Zürich)

Jahrtausende alte Schriftrollen erlauben uns Einblicke in längst vergangene Kulturen. Im digitalen Zeitalter liegt ein Großteil unseres Wissens jedoch auf Servern und Festplatten, die wohl kaum Tausende von Jahren überdauern können. Forschende suchen deshalb nach neuen Möglichkeiten der Langzeitspeicherung.

DNA bietet sich dafür an, da sich in ihr große Mengen an Information kompakt speichern lassen. Nur lassen sich die Daten nicht unbedingt fehlerfrei zurückgewinnen:

Durch chemischen Zerfall der DNA und Fehler beim Auslesen entstehen Lücken und Fehlinformationen in den kodierten Daten. Forschende um Robert Grass, Dozent am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften der ETH Zürich, zeigen nun, wie sich eine fehlerfreie Langzeitspeicherung, möglicherweise sogar für mehr als eine Millionen Jahre, erreichen lässt. Zum einen verkapseln sie die informationstragenden DNA-Stücke in Siliziumdioxid (Glas), zum anderen verwenden sie einen Algorithmus, um Fehler in den ausgelesenen Daten zu korrigieren.

Künstlicher fossiler Schutzmantel für den Datenspeicher

Bereits vor gut zwei Jahren zeigten Forschende, dass sich Daten in Form von DNA speichern und wieder ablesen lassen. Dabei verstrich zwischen dem „Schreiben“ der Information – also der Synthese der entsprechend kodierenden DNA-Sequenz – und dem Auslesen nur wenig Zeit. Schon bei solch kurzen Zeiträumen stellte die Fehleranfälligkeit ein Problem dar, da beim Schreiben und Lesen der DNA Fehler auftreten. Über längere Zeiträume kann sich DNA zudem stark verändern, da sie mit der Umwelt chemisch reagiert. Für die Langzeitspeicherung stellt dies eine Hürde dar. Aus fossilen Knochen lässt sich allerdings mehrere Hunderttausend Jahre altes Erbgut isolieren und analysieren, da dieses darin verkapselt und geschützt vorliegt. „Ähnlich wie in solchen Knochen wollten wir die informationstragende DNA durch eine künstliche Hülle schützen“, erklärt Robert Grass.

Sein Team bettete DNA hierfür in Siliziumdioxid-Kügelchen von etwa 150 Nanometern Durchmesser ein. Die von den Forschern in die DNA geschriebene Information war der Schweizer Bundesbrief von 1291 sowie „Archimedes‘ Methodenlehre von Mechanischen Sätzen“. Um in kurzer Zeit den Verfall des Informationsträgers DNA über lange Zeiträume zu simulieren, lagerten sie diese bis zu einem Monat bei Temperaturen zwischen 60 und 70 °C. Solch hohe Temperaturen erlauben, den chemischen Verfall mehrerer Jahrhunderte innerhalb weniger Wochen nachzuvollziehen.

Auf diese Weise verglichen die Forschenden die Lagerung der DNA im Silikatmantel mit anderen gängigen Lagerungsmethoden: getrocknet auf Filterpapier und in ein Polymer eingebettet. Dabei stellten sich die Moleküle im Silikatmantel als besonders stabil heraus. Die DNA ließ sich mittels einer Fluoridlösung einfach aus dem Material herauslösen, und die Information aus ihr ablesen.

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