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Digitale Infos als biologischer Code Forscher speichern Daten in DNS

| Autor / Redakteur: Annett Stein, dpa / Sebastian Gerstl

215 Petabyte Daten auf einem Gramm Speichermedium - das hört sich erst mal super an. Die auf Erbgutmolekülen basierenden Speicher sind zudem extrem haltbar. An einer Stelle aber hapert es noch gewaltig: am Preis.

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Alle Daten in einem Tropfen DNS: Einem Forschungsteam ist es gelungen, Daten so zu komprimieren, dass sie in einem aus Erbmolekülen geschaffenen Speicher gesichert und daraus wieder abgerufen werden können. Dadurch sind enorme Speicherdichten möglich – der Aufwand ist allerdings enorm.
Alle Daten in einem Tropfen DNS: Einem Forschungsteam ist es gelungen, Daten so zu komprimieren, dass sie in einem aus Erbmolekülen geschaffenen Speicher gesichert und daraus wieder abgerufen werden können. Dadurch sind enorme Speicherdichten möglich – der Aufwand ist allerdings enorm.
(Bild: New York Genome Center)

Datensicherungs-Experten haben seit einiger Zeit das uralte und unglaublich effektive Speichermedium der Natur im Visier: die DNS (Desoxyribonucleinsäure). Forscher haben nun einen Weg gezeigt, wie sich das Speicherpotenzial des Erbgutmoleküls immens steigern lässt. Sie verwendeten einen zum Video-Streamen bei Smartphones genutzten Algorithmus. Das Verfahren sei äußerst zuverlässig, berichten Yaniv Erlich vom New York Genom Center und Dina Zielinski von der Columbia University in New York im Fachmagazin Science.

Beim Streamen von Videos oder anderen größeren Medieninhalten geht es darum, dass eine Datei vom Player nicht komplett, sondern als Fluss kleiner Datenpakete geladen wird. Ein Algorithmus ist eine Art Lösungsplan, ein festgelegter Ablauf von Einzelschritten. Solche Abläufe spielen als Grundlage der Programmierung in der Informatik eine große Rolle - im Navi ebenso wie beim Schachcomputer oder einer Online-Partnerbörse.

Die Wissenschaftler übersetzen den zugrundeliegenden digitalen Code von sechs Datenpaketen in den biologischen Code – also in die vier Basen, aus denen die DNS aufgebaut ist. Dazu wurde das Datenpaket zunächst jeweils komprimiert und in kurze Reihen binärer Codes - also Nullen und Einsen - zerstückelt. Diese wurden dann mit Hilfe eines sogenannten Fountain-Code-Algorithmus' den vier DNS-Bausteinen (A, G, C, T) zugeordnet.

In einem DNS-Synthese-Labor wurden entsprechend der Abfolgen Erbgutmoleküle zusammengebaut. Das sind lange Kettenmoleküle (Polymere) aus vier verschiedenen Bausteinen, den Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest, einem Zucker und einer von vier Basen - Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, kurz A, T, G und C.

Insgesamt erzeugten die Forscher 72.000 jeweils 200 Basen lange DNS-Stränge. Dann folgte der umgekehrte Weg: Die Abfolge der Erbgutbausteine wurde mit speziellen Geräten ausgelesen, über eine Software wieder in binären Code übersetzt und schließlich wieder zu den sechs Datenpaketen zusammengefügt. Zahl der am Ende des komplexen Prozesses vorhandenen Fehler: null.

Die sechs Testobjekte waren: ein komplettes Betriebssystem, der französische Stummfilm „Die Ankunft eines Zuges auf dem Bahnhof in La Ciotat“ von 1895, ein Amazon-Gutschein über 50 Dollar, ein Computervirus, ein Aufsatz des US-Mathematikers Claude Shannon von 1948 sowie eine der sogenannten Pioneer-Plaketten. Zwei dieser goldenen Platten mit grafischen Informationen zur Menschheit und ihrer Position im Universum sind an Bord der Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 angebracht.

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