DNS-Speicher: Zurück zur Harddisk der Natur

Immer mehr Geräte produzieren immer mehr Daten. Doch elektronische Speicher stossen an ihre Grenzen. Nun greifen Forscherinnen auf eine Technologie zurück, die sich seit Millionen Jahren bewährt hat: Die DNS.

Collage: Blick in ein Datencenter, links und rechts Diagramm einer DNS Doppel-Helix. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Natur statt Elektronik: In Zukunft soll Information in Massenspeichern chemisch kodiert werden. Reuters / Wikipedia / SRF

Die Meldung lässt aufhorchen: Microsoft kaufte vom kalifornischen Startup Twist 11 Millionen künstlich erzeugte DNS-Stränge. Der IT-Gigant braucht diese chemischen Verbindungen, weil das Unternehmen zusammen mit der University of Washington an einem DNS basierten Speicher arbeitet.

Wie beim Erbgut von Lebewesen handelt es sich bei diesen Strängen um chemische Verbindungen, die aus vier verschiedenen organischen Basen bestehen. Über die Reihenfolge dieser vier Substanzen speichert die Natur Information – die Baupläne von Lebewesen. Auf ähnliche Weise wollen die Forscher nun digitale Daten ablegen.

Microsoft ist nicht die einzige Organisation, die an diesem neuen DNS-Speicher arbeitet: Forscher auf der ganzen Welt suchen nach Methoden, wie man mit der DNS digitale Daten wie Filme oder Musikstücke abspeichern kann.

Natur – unschlagbar

Denn die DNS als natürlicher Datenspeicher verfügt über Eigenschaften, die das elektronische Gegenstück geradezu jämmerlich erscheinen lassen. «Man kann unvorstellbar hohe Dichten erreichen und somit kleine Speichermedien entwickeln», sagt Robert Grass, Chemieingenieur und Dozent an der ETH Zürich.

Ein Kubikmillimeter der Wundersubstanz soll ein Exabyte (eine Million Terrabyte) an Information fassen können, schätzen Microsoft-Forscher in einer Studie. Heute ist dazu ein Datencenter von der Grösse einer Fabrik notwendig. Facebook betreibt mehrere solcher Speicherfabriken, um Fotos und Videos der Nutzer zu archivieren.

Neben der Dichte hat DNS noch einen weiteren gewichtigen Vorteil: Der Speicher ist über tausende Jahre stabil. So können Wissenschaftler die DNS von Lebewesen auslesen, die vor mehr als 100'000 Jahren gestorben sind. Im Vergleich zur Natur wirken die menschlichen Schöpfungen armselig: «Es gibt kein anderes Speichermedium, von dem wir wissen, dass es wirklich über tausende Jahre stabil ist. Das wollen wir nutzen» sagt Robert Grass. Zum Vergleich: Ein Mikrofilm hält 500 Jahre, eine Musik-CD etwa 25 und eine Festplatte bringt es gerade einmal auf 5 Jahre.

Das Speichermedium DNS hat natürlich auch Nachteile. So gelangt man nur langsam über mehrere Stunden an die Daten und ein gezielter Zugriff auf eine bestimmte Information innerhalb eines DNS-Stranges stellt eine grosse Herausforderung für die Wissenschaftler dar.

Atemberaubende Fortschritte

Doch die Entwicklung profitiert von der Erforschung des menschlichen Genoms und geht rasant voran: 2003 kostete das Auslesen der ersten DNS noch 2.7 Milliarden Dollar. Heute kann jeder sein Erbgut für 1'000 Dollar analysieren lassen. Die Experten sind sich einig: Die Entwicklung verläuft noch schneller als bei den Computer-Chips.

Bereits vor vier Jahren konnten die beiden Harvard-Forscher George Church und Sri Kosuri in einem Gramm DNS 700 Terabyte Daten speichern – das entspricht etwa 700'000 DVDs! Lagern wir unsere Videothek schon bald als DNS-Pulver zu Hause? George Church denkt nicht an Spielfilme, er träumt in anderen Dimensionen: Kameras sollen weite Teile der Welt filmen und die Aufzeichnungen ohne Unterbruch in einem DNS-Speicher ablegen. Ereignet sich nun etwas Aussergewöhnliches, so könnte man auf das Videomaterial im Archiv zugreifen – auch noch in tausenden von Jahren. Denn was die Kapazität und Stabilität anbelangt, kennt die DNS als Speichermedium keine Grenzen.