215 Petabyte pro Gramm: DNA ist die Zukunft der Datenspeicherung

Im Rahmen der zunehmenden Digitalisierung haben wir auch mit steigendem Speicherbedarf zu kämpfen. Die Entwicklung von neuen Methoden zum Speichern von Daten ist deswegen ein wichtiges Thema. In den letzten 20 Jahren hat sich viel getan, was die Datensicherung angeht – man bedenke, dass Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts die 3,5 Zoll Floppy-Disk noch das Mittel der Wahl wahr – diese speicherten 1,44 MB an Daten. Die Zukunft der Datenspeicherung jedoch liegt in einer biologischen Struktur: Der DNA. Lediglich vier Gramm DNA werden benötigt, um so viele Daten zu speichern, wie die gesamte Menschheit aktuell in einem Jahr produziert. Und bereits in etwas mehr als 10 Jahren könnten DNA-Speicher-Technologien für die Allgemeinheit verfügbar sein.

DNA speichert Informationen in Basenpaaren

In der DNA werden alle Informationen über lebende Organismen gespeichert. Mit der intakten DNA in deiner einzigen Zelle lässt sich theoretisch das komplette Lebewesen rekonstruieren. Die Speicherkapazität von DNA ist enorm, weshalb Firmen wie Microsoft auch daran forschen, DNA als Speichermedium für andere Informationen und Daten zu nutzen. Anders als andere Speichermedien würde ein DNA-Speicher nicht nach einem bestimmten Zeitraum unbrauchbar werden.

In einer neuen Studie zeigten die Forscher Yaniv Erlich und Dina Zielinski, dass DNA das Speichermedium der Zukunft sein und der Menschheit dabei helfen könnte, mit den immer mehr zunehmenden Massen an Daten zurechtzukommen. Erlich und Zielinski speicherten sechs Daten in 72.000 DNA-Stränge, die jeweils 200 Basenpaare lang waren: Ein Computer-Betriebssystem, einen französischen Film von 1985, einen Amazon-Geschenkgutschein, einen Computervirus, eine Pioneer-Plakette und eine wissenschaftliche Studie.

„We mapped the bits of the files to DNA nucleotides. Then, we synthesized these nucleotides and stored the molecules in a test-tube. To pack the information, we devised a strategy—called DNA Fountain—that uses mathematical concepts from coding theory. It was this strategy that allowed us to achieve optimal packing, which was the most challenging aspect of the study„, erklärt Ehrlich.

Um die Informationen wieder abzurufen, nutzten die beiden Forscher DNA-Sequenzierung sowie eine Software, die den genetischen Code wieder in Binärcode übersetzte. Die so abgerufenen Daten wiesen keinerlei Artefakte auf.

In 10 Jahren könnte die Technologie Standard sein

Das Speichern von Daten auf DNA hat mehrere Vorteile. Zum einen ist da der Größenfaktor: Ein einziges Gramm DNA kann bis zu 215 Petabyte (ein Petabyte entspricht 1000 Terabyte oder 1.000.000 Gigabyte) an Daten speichern. Außerdem können Daten auf DNA mehr als 100 Jahre lang fehlerfrei gespeichert werden, was deutlich länger als auf allen heute gebräuchlichen Speichermedien ist.

„Traditional media suffers from digital obsoleteness. My parents have 8 mm tapes that are basically useless now. DNA has been around for 3 billion years, and humanity is unlikely to lose its ability to read these molecules. If it does, we will have much bigger problems than data storage„, so Erlich weiter.

Die beiden Wissenschaftler gehen davon aus, dass es noch etwas mehr als ein Jahrzehnt dauern wird, bis DNA ein Standard-Speichermedium wird. Die Nutzung biologischer Strukturen als Speichermedium könnte auch ein erster Schritt in Richtung eines biologischen Computers sein.

via ResearchGate