Die Informatik des Lebens als Speichermedium

 DNA-Strang. Wikipedia, gemeinfrei.
DNA-Strang. Wikipedia, gemeinfrei.
53.426 Wörter und 11 Bilder, gespeichert in DNA-Molekülen: US-Wissenschaftlern ist es gelungen, die Datenmenge von 5,27 Megabit in genetische Information zu übertragen und sie anschließend durch Sequenzierung wieder zu ?lesen?. Die Datenspeicherung nach dem Vorbild der Natur könnte zukünftig dazu dienen, Informationen mit minimalem Platzbedarf zu speichern und langfristig zu sichern, sagen die Forscher um George Church von der Harvard Medical School in Boston.
Während der Mensch an magnetischen, elektrischen oder optischen Datenträgern tüftelt, hat die Natur schon vor Jahrmillionen ein Speichersystem hervorgebracht, das die Leistungsfähigkeit aller technischen Lösungen weit übertrifft. Da die einzelnen Informationen der DNA aus atomaren Strukturen hervorgehen, ist das biologische Speicherverfahren vor allem überaus platzsparend: Kleinste Mengen DNA können so viele Informationen speichern wie Millionen von CDs.

So ist es möglich, dass im winzigen Zellkern jeder einzelnen Zelle eines Lebewesens der gesamte Bauplan seines hochkomplexen Organismus gespeichert ist. Im Gegensatz zur Digitaltechnik des Menschen, die auf Sequenzen aus Nullen und Einsen basiert, nutzt die Natur ein 4-er System. Die Informationen stecken dabei in der Abfolge von vier Nukleotiden, aus denen die DNA-Fäden aufgebaut sind: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin - abgekürzt durch die Buchstaben A, T, G und C.

Digitale Informationen in Nukleotidfolgen codiert

Bei dem Verfahren von George Church und seinen Kollegen lag das Buch anfangs als digitale Information gespeichert vor ? so wie jede Datei auf einem Computer. Ein Wort oder ein Bildpunkt wird dabei durch die Abfolge von Nullen und Einsen codiert. Diesen binären Code konnten die Forscher auf die DNA übertragen, indem sie das genetische System vereinfachten: Die Nukleotide A und C codierten beide die digitale Information 0, sowohl G als auch T repräsentierten 1. Mit modernen Verfahren der Gentechnik konnten die Forscher die entsprechenden Nukelotidabfolgen künstlich herstellen und auf sogenannte DNA-Chips übertragen. Dies entspricht dem ?Schreiben? auf einen digitalen Datenträger. Um nun wiederum von dem DNA-Speichermedium zu ?lesen?, sequenzierten die Wissenschaftler die Nukleotidfolgen. Die gelesenen Daten ergaben auf diese Weise wieder den digitalen Code für das Buch.

Es gab bereits zuvor Versuche, Informationen in DNA zu verpacken, der Rekord lag allerdings bisher bei mageren 7.920 Bits. George Church und seine Kollegen erreichten nun dagegen eine Datenmenge von 5,27 Megabit. Den Forschern zufolge belege dies das enorme Potenzial dieser Technik für Speichermedien der Zukunft. Neben der hohen Datendichte sei auch die Beständigkeit der DNA ein großer Vorteil. Die Lebenszeit vieler bisheriger Speichermedien ist begrenzt. Ein Archiv aus DNA Speichermedien könnte dagegen enorme Zeitspannen überdauern. Forscher sind heute beispielsweise in der Lage, noch DNA aus jahrtausendealten Fossilien zu gewinnen.
George Church (Harvard Medical School in Boston) et al. : Science, doi: 10.1126/science.1226355

© wissenschaft.de ? Martin Vieweg


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