New York – Die Menschheit produziert momentan Datenmengen mit exponentieller Geschwindigkeit. Allein was laut Google derzeit täglich auf dem Videodienst Youtube aufgerufen wird, ergäbe zusammengenommen einen Film mit einer Länge von rund einer Milliarde Stunden – ein Einzelner müsste dafür gut 100.000 Jahre auf den Bildschirm starren. Kein Wunder also, dass der Bedarf an Speicherplatz künftig noch weiter anwachsen wird.

Ideales Speichermedium

Als ideale Alternative zu Festplatten und optischen Medien würde sich nach Ansicht vieler Forscher DNA anbieten: Der genetische Code ist nicht nur für Jahrtausende haltbar, wie paläogenetische Untersuchungen etwa von Frühmenschen zeigen. Die Doppelhelix besitzt auch eine enorm hohe Datendichte. Bei früheren Versuchen konnte das theoretische Maximum allerdings nicht einmal annähernd ausgeschöpft werden. Darüber hinaus gab es immer wieder Probleme beim Auslesen der Informationen.

Ein Team um Yaniv Erlich und Dina Zielinski von der Columbia University in New York hat nun eine Methode namens "DNA-Fontäne" entwickelt, mit der sich diese Fehler beim Lesen des Codes deutlich minimieren lassen. Aber nicht nur das: Den Wissenschaftern gelang es damit auch, die nutzbare Datendichte des Erbguts erheblich zu erhöhen.

Wie die Forscher im Fachjournal "Science" berichten, werden bei dem neuen Verfahren Informationen nach einem Zufallsverfahren in kurze Nukleotidsequenzen, sogenannte Oligonukleotide, verpackt und dann neu organisiert – ganz ähnlich werden auch Daten über das Internet verschickt. Konkret kodierten die Wissenschafter Informationen in mehr Oligonukleotide als eigentlich nötig wären. Darüber hinaus bevorzugt dieses System Nukleotidsequenzen in gutem Zustand gegenüber beschädigten Oligonukleotiden, was die Fehlerquote deutlich senkte.

215.000 Terabyte-Festplatten

Im Test erwies sich diese Methode als ungemein erfolgreich: Die Forscher schafften es damit, über 2,1 Megabyte an Daten in einem DNA-Strang zu speichern und wieder ohne Verluste auszulesen. Darunter befanden sich ein vollständiges grafisches Betriebssystem, der einminütige Stummfilmklassiker "Die Ankunft eines Zuges auf dem Bahnhof in La Ciotat" aus dem Jahr 1895, ein Computervirus und eine wissenschaftliche Studie des Informationstheoretikers Claude Elwood Shannon aus dem Jahr 1948.

Die erreichte Informationsdichte lag dabei nur 14 Prozent unter der maximal möglichen. Theoretisch könnte man laut Erlich mit diesem Verfahren 215 Petabytes an Daten in einem Gramm DNA speichern. Umgerechnet wären dies 215.000 Festplatten mit einem jeweiligen Speichervermögen von einem Terabyte. (tberg, 2.3.2017)