Vorarlberger Chemiker erhält Europäischen Erfinderpreis

Der aus Bregenz stammende, an der ETH Zürich tätige Chemiker Robert Grass (41) ist Donnerstagabend vom Europäischen Patentamt (EPA) gemeinsam mit seinem Kollegen Wendelin Stark mit dem Europäischen Erfinderpreis 2021 ausgezeichnet worden. Sie erhielten den Preis in der Kategorie "Forschung" für die Entwicklung eines Verfahrens zur Speicherung von Daten in künstlicher DNA, die versiegelt in winzigen Glaskugeln auch nach Jahrtausenden noch fehlerfrei ausgelesen werden kann.

Mit dem heuer zum 15. Mal in fünf Kategorien vergebenen Erfinderpreis will das EPA herausragende Erfinder auszeichnen, die einen außergewöhnlichen Beitrag zur Entwicklung der Gesellschaft, technologischem Fortschritt und Wirtschaftswachstum geleistet haben. "Die bemerkenswerte interdisziplinäre Forschung von Grass und Stark hat zu einer Erfindung geführt, die das Potenzial hat, die langfristige Datenspeicherung ganz neu zu gestalten", erklärte EPA-Präsident António Campinos bei der Online-Preisgala. Diese Innovation sei "ein echter Fortschritt, um die von uns produzierten Informationen haltbarer zu machen. Sie verspricht zudem Anwendungen in einer Vielzahl von Produkten".

Konkurrenz

Grass und Stark setzten sich in ihrer Kategorie gegen ein italienisch-dänisches Erfinderteam, das magnetische Nanopartikel für die Diagnose von Krankheiten entwickelt hat, sowie gegen ein französisches Team, das ein neues medizinisches Ultraschall-Bildgebungsverfahren mittels Scherwellen erfunden hat, durch. Die Finalisten und Gewinner wurden von einer internationalen Jury ausgewählt.

In ihrer Arbeit haben sich Grass und Stark von der Natur inspirieren lassen, die mit der Erbsubstanz DNA ein ausgeklügeltes Speichermedium geschaffen hat, das Bau-und Betriebsanleitung von Lebewesen enthält. Wandelt man Daten in einen genetischen Code um, der aus einer Sequenz der vier DNA-Basenpaare (Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin) besteht, können große Datenmengen auf kleinstem Raum verstaut werden. "In einem Gramm DNA kann man theoretisch bis zu 200 Exabyte Daten speichern", erklärte Grass im Gespräch mit der APA anlässlich seiner Nominierung zum Erfinderpreis.

Weil sich ungeschützte DNA-Stränge unter dem Einfluss von Wasser, Luft oder Hitze sehr schnell zersetzen, nahmen sich die beiden Forscher Fossilien zum Vorbild. Denn geschützt in Knochen oder Zähnen kann die Erbsubstanz von Tieren oder Menschen sehr lange überdauern. "Wir haben versucht, chemisch so ein Fossil nachzustellen", so Grass.

DNA in winzige Glaskügelchen

Dazu haben die beiden Chemiker synthetische DNA in winzige Glaskügelchen eingeschlossen, die rund 100 Nanometer klein und damit bis zu 10.000 Mal dünner sind als ein Blatt Papier. So kann die DNA vor Korrosion und Temperatureinflüssen geschützt werden. Bei Bedarf wird das Glas mit einer Fluoridlösung wieder aufgelöst und die Information auf dem DNA-Strang mittels Sequenzierung ausgelesen. Tests zufolge kann die DNA so Umwelteinwirkungen von rund 2.000 Jahren bei durchschnittlichen Temperaturen wie in Mitteleuropa überdauern.

Wie gut ihre Technik funktioniert, haben Grass und Stark in den vergangenen Jahren immer wieder publikumswirksam präsentiert. 2018 archivierten sie das Album "Mezzanine" der britischen Band Massive Attack 20 Jahre nach dessen Erscheinen in DNA-Form und verpackten diese in Glas. Im Vorjahr speicherten sie die erste Episode der Netflix-Serie "Biohackers" als 100 MB große Videodatei auf DNA.

Die ETH Zürich hat die Erfindung von Grass und Stark zum europäischen Patent angemeldet, das 2018 erteilt wurde. Inzwischen haben die Forscher über das ETH Spin-Off-Unternehmen Haelixa gegründet, um das Verfahren zu kommerzialisieren. Die Kügelchen mit DNA-Füllung lassen sich vielfältig einsetzen, etwa als robuster Barcode zur Nachverfolgung von Produkten bzw. Rohstoffen. Grass nannte etwa die Möglichkeit der Rückverfolgung von Edelsteinen oder Textilien zu ihren Fairtrade-Produzenten als Einsatzgebiete.

Werdegang

Robert Grass wurde am 5. Dezember 1979 in Bregenz geboren. Er studierte Chemieingenieurwesen an der Eidgenössisch Technischen Hochschule (ETH) Zürich, wo er seinen Doktorvater Wendelin Stark kennenlernte. 2007 wurde er mit einer Arbeit zum Thema Nanopulversynthese und -anwendung an der ETH promoviert.

Mit seiner Expertise gründete er im selben Jahr die ETH Spin-Off Firma TurboBeads, mit der er erfolgreich oberflächenfunktionalisierte Nanomaterialien kommerzialisierte, die neuartige kommerzielle bioanalytische Werkzeuge ermöglicht haben, und in weiterer Folge die hemotune AG. 2016 war er Mitbegründer der ETH Spin-Off Firma Haelixa AG, in deren Zentrum die glasverkapselte DNA-Speichermethode steht. Seit 2017 ist Grass, der 13 europäische Patente hält, Titularprofessor am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften an der ETH Zürich.