Technologiebündnis zur Datenspeicherung auf DNA Was ist die DNA Data Storage Alliance (DDSA)?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

Die DNA Data Storage Alliance ist ein von den Firmen Illumina, Microsoft, Twist Bioscience und Western Digital gegründetes Technologiebündnis von Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen. Es verfolgt die Zielsetzung, Technologien zur Speicherung von Daten auf dem Speichermedium DNA voranzutreiben und interoperable Speichersysteme zu entwickeln.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

DDSA ist das Akronym für „DNA Data Storage Alliance“. Es handelt sich um ein im Jahr 2020 von den Unternehmen Illumina, Microsoft, Twist Bioscience und Western Digital gegründetes Technologiebündnis. Die DDSA hat das Ziel, Technologien zum Speichern von Daten auf dem Speichermedium DNA (Desoxyribonukleinsäure) voranzutreiben. Desoxyribonukleinsäure ist eine aus verschiedenen Desoxyribonukleotiden aufgebaute Nukleinsäure, die bei Lebewesen die Erbinformationen trägt.

Es sollen kommerziell nutzbare, interoperable Speichersysteme zur Archivierung von Daten mit Hilfe von DNA entwickelt werden. Das Speichermedium DNA bietet eine hohe Speicherdichte und Langlebigkeit. Seit Jahren forschen die Industrie und wissenschaftliche Einrichtungen an dieser Art von Datenspeicherung. Kommerziell einsetzbar ist sie aktuell noch nicht. Bisher existieren nur Prototypen.

Die DNA Data Storage Alliance möchte Standards für diese Art der Datenspeicherung entwickeln und bereitstellen. Zertifizierungen oder die Abnahme von Produkten und Anwendungen gehören nicht zum Aufgabenbereich der Allianz. Die Mitgliedschaft steht allen Unternehmen und Institutionen offen, die sich mit dieser Technologie beschäftigen. Sie ist derzeit kostenlos. Mittlerweile hat die DNA Data Storage Alliance ein erstes Whitepaper veröffentlicht, das kostenlos auf der Webseite der Allianz dnastoragealliance.org erhältlich ist. Das Whitepaper gibt einen guten Überblick über die Technologie und erklärt die Prinzipien der Datenspeicherung auf dem Speichermedium DNA.

Funktionsprinzip der Datenspeicherung auf dem Speichermedium DNA

Desoxyribonukleinsäure besteht aus verschiedenen Desoxyribonukleotiden. In einer Doppelhelix-Struktur bilden die Bausteine Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) paarweise Verbindungen. Die Kombinationen dieser Verbindungen beinhalten bei Lebewesen die Erbinformationen. Zur Speicherung binärer Daten werden digitale Einsen und Nullen in Kombinationen der vier Bausteine der DNA A, T, G und C übersetzt. Anschließend werden DNA-Stränge mit diesen Kombinationen synthetisiert und zum Erhalt der Informationen eingekapselt. Zum Lesen der Daten muss die DNA sequenziert werden.

Die durch die Sequenzierung gewonnenen Informationen werden anschließend in binäre Daten dekodiert. In einem Gramm DNA lassen sich mit dieser Methode bis zu mehrere hundert Petabyte an Informationen über tausende Jahre speichern.

Vor- und Nachteile der DNA-Datenspeicherung

Vorteile der DNA-Datenspeicherung sind:

  • hohe Datenmengen auf kleinstem Raum speicherbar,
  • Daten bleiben über lange Zeiträume (tausende Jahre) gespeichert – Eignung als Archivspeicher,
  • energieeffiziente und nachhaltige Art der Datenspeicherung,
  • DNA ist ein unveränderliches und für immer unterstütztes Speicherformat – entsprechende Lesetechnologien werden immer verfügbar sein,
  • geringe Kosten für die Archivierung von Daten.

Als Nachteile lassen sich aufführen:

  • langsames Lesen und Schreiben der Daten, da auf chemischen Prozessen basierend,
  • derzeit keine kommerziell einsetzbare Technik verfügbar – viele Jahre an Entwicklungsaufwand sind noch notwendig.

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