Und wenn die nächste technologische Revolution in unserer eigenen Biologie verborgen wäre? Ein Forscherteam hat es geschafft, DNA als Datenspeichermedium zu nutzen – mit einer Methode, die von alten Druckereien inspiriert ist.
Die Idee ist nicht neu: DNA, die in der Lage ist, immense Mengen an Informationen in einem winzigen Raum zu speichern, hat lange Zeit Wissenschaftler angezogen. Ein Kubikzentimeter DNA könnte theoretisch bis zu 10 Exabyte an Daten speichern – Milliarden von Gigabyte – und das über Jahrtausende. Doch die herkömmlichen Techniken, die auf eine aufwändige Synthese angewiesen sind, bremsen dieses Wettrennen aus.
Die Innovation, die von einem Team der Universität Peking entwickelt wurde, basiert auf der Methylierung. Diese chemische Modifikation ermöglicht es, binäre Informationen direkt auf der DNA zu codieren, ohne deren Sequenz zu verändern. Eine methylierte Base entspricht einer 1, während eine nicht modifizierte Base eine 0 darstellt.
Inspiriert von der natürlichen epigenetischen Vererbung haben die Forscher ein System entworfen, in dem DNA-Fragmente, sogenannte "Bausteine", sich zu einem einzigartigen Muster zusammenfügen. Jeder dieser Bausteine besteht aus 24 Nukleotiden (einschließlich Stellen für die Cytosin-Methylierung) und ermöglicht die Kodierung eines einzelnen Bits, wodurch ein stabiler und mithilfe fortschrittlicher Sequenzierungstechnologien lesbarer Datensatz entsteht.
Das Verfahren erinnert an Druckpressen: Ausgehend von einem universellen DNA-Modell werden die Bausteine – vergleichbar mit beweglichen Lettern in Druckereien oder Stempeln – ausgerichtet, um Daten zu formen. Ein Enzym, die Methyltransferase, übernimmt die Rolle der Druckfarbe und druckt die Informationen auf die DNA-Matrix.
Die Effizienz der Methode wurde durch visuelle Tests demonstriert. Den Forschern gelang es, ein komplexes Bild eines Tigers und ein Foto eines Pandas zu kodieren und wiederherzustellen – insgesamt fast 270.000 Bits an Daten. Während ältere Methoden Stunden in Anspruch nahmen, ermöglicht diese Technik die Verarbeitung von 350 Bits innerhalb weniger Minuten.
Die Zugänglichkeit dieser Innovation ist eine weitere Meisterleistung. Eine Plattform namens iDNAdrive ermöglichte es 60 vollkommen unerfahrenen Freiwilligen, ihre eigenen Daten zu codieren und wiederherzustellen. Durch einfaches Mischen der Reagenzien in einem Reagenzglas erzielten sie Ergebnisse mit einer Genauigkeit von 98,58 % und machten die Technologie weit über die Grenzen der Labore hinaus zugänglich.
Die Forscher wollen diese Methode nun weiter verbessern, insbesondere die Schreibgeschwindigkeit erhöhen und andere DNA-Modifikationen erkunden, um die Speicherdichte zu steigern. Sollten diese Ambitionen Realität werden, könnte DNA eines Tages die heutigen Festplatten bei Anwendungen von digitalen Archiven bis hin zu sensiblen Daten ersetzen.
Diese Technik, die Biologie und Informatik vereint, könnte unsere Art der Informationsspeicherung neu definieren und gleichzeitig eine nachhaltige Lösung angesichts des ständig wachsenden Speicherbedarfs bieten.