Die Menschheit hat ein großes Problem bei der Datenspeicherung. In den letzten zwei Jahren haben Menschen mehr Informationen erstellt als in der gesamten Vorgeschichte. Und dieser Informationsstrom wird bald die Kapazität von Festplatten übertreffen.
Die Forscher sagen, sie haben einen neuen Weg gefunden, digitale Informationen in DNA zu kodieren. Ein Gramm DNA kann 215 Petabyte (215 Millionen Gigabyte) Daten speichern. Somit belegen alle Informationen, die jemals von einer Person erstellt wurden, einen Container von der Größe einiger Lastwagen.
DNA hat viele Vorteile beim Speichern digitaler Informationen. Es ist ultrakompakt und kann Tausende von Jahren an einem kühlen, trockenen Ort gelagert werden. Und die Leute werden es immer entziffern können. „DNA wird im Laufe der Zeit nicht wie Kassetten oder Discs abgebaut und ist auch nicht veraltet“, sagt Yaniv Ehrlich, Wissenschaftler an der Columbia University (USA).
Wissenschaftler bewahren digitale Informationen in der DNA seit 2012 auf, als Genetiker der Harvard Church (USA), George Church, Sree Kosuri und ihre Kollegen ein Buch mit 52.000 Wörtern in Tausende von DNA-Fragmenten mit Strängen aus dem aus vier Buchstaben bestehenden Alphabet - A, G, T und C - codierten um die Nullen und Einsen der digitalisierten Datei zu codieren.
Dieses Verschlüsselungssystem war relativ unwirksam und konnte nur 1,28 Petabyte pro Gramm DNA speichern. Andere Ansätze haben besser funktioniert. Aber keine erlaubte der DNA, mehr als die Hälfte ihrer maximalen Kapazität beizubehalten. DNA kann ungefähr 1,8 Bit pro DNA-Nukleotid aushalten (die Anzahl erreicht aufgrund seltener, aber unvermeidbarer Lese- und Schreibfehler keine 2 Bit).
Ehrlich entschied, dass er sich dieser Grenze nähern würde. Daher wandten er und Dina Zilinski sich den Algorithmen zu, mit denen Informationen verschlüsselt und entschlüsselt wurden. Sie begannen mit 6 Dateien, darunter ein komplettes Computer-Betriebssystem, ein Computervirus, ein französischer Film von 1895 mit dem Titel Ankunft eines Zuges in La Ciotat und eine Studie des Theoretikers Claude Shannon aus dem Jahr 1948. Zuerst konvertierten die Wissenschaftler die Dateien in binäre Zeichenfolgen aus Einsen und Nullen, komprimierten sie in eine Basisdatei und teilten die Daten dann in kurze Zeichenfolgen aus Binärcode auf. Sie entwickelten einen Algorithmus namens "Fountain of DNA", der Ketten zufällig in sogenannte "Blobs" packt. Die Forscher fügten diesen zusätzliche Tags hinzu, damit sie später in der richtigen Reihenfolge neu erstellt werden konnten. Insgesamt haben Wissenschaftler eine digitale Liste von 72.000 DNA-Strängen erstellt.jeweils 200 Zeichen lang.
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Sie schickten sie als Textdateien an das Startup Twist Bioscience in Kalifornien, wo sie DNA-Stränge synthetisierten. Zwei Wochen später erhielten Ehrlich und Zilinski eine Ampulle mit einem Stück DNA per Post, in der ihre Dateien verschlüsselt waren. Um sie zu entschlüsseln, verwendeten die Wissenschaftler moderne DNA-Sequenzierungstechnologie. Die Sequenzen wurden an einen Computer gesendet, der den genetischen Code wieder in Binärdateien übersetzte und Tags verwendete, um die sechs Originaldateien wieder zusammenzusetzen. Die Technologie funktionierte so gut, dass die neuen Dateien fehlerfrei waren.
Kosuri und Ehrlich stellten jedoch fest, dass der neue Ansatz nicht für den großtechnischen Einsatz bereit ist. Sie gaben 7 Tausend Dollar aus, um 2 Megabyte an Informationen in Dateien zusammenzufassen, und weitere 2 Tausend Dollar, um sie zu lesen. Im Vergleich zu anderen Formen der Datenspeicherung ist das Schreiben und Lesen aus DNA relativ langsam.
