Science
19.02.2015

Daten können in DNA eine Million Jahre gespeichert werden

Wenn DNA in Glas verpackt und mit Fehlerkorrekturmechanismen ausgestattet wird, könnte sie Daten für viele Jahrtausende zuverlässig speichern.

DNA ist relativ stabil. Trotzdem treten regelmäßig Schäden in der Erbinformation von Organismen auf, weil Strahlung, Chemikalien und andere Umwelteinflüsse das Biomolekül schädigen. Das macht die DNA als Datenträger schwierig handhabbar, obwohl ihre Eigenschaften ansonsten hervorragend sind. Die Speicherdichte etwa ist so hoch, dass alle Daten, die seit Anbeginn der Zeit von der Menschheit produziert worden sind, in einem Teelöffel DNA gespeichert werden könnten.

Forscher an der ETH Zürich haben einen Weg gefunden, um das Zuverlässigkeitsproblem zu beheben. Indem sie die Datenträger-DNA in Siliziumdioxid (Quarz) packen und einen Algorithmus zur Fehlerkorrektur in den Speicher einbauen, wollen die Wissenschaftler Daten eine Million Jahre lang auf DNA speichern können. Als Vorbild für die Verkapselung dienen Fossilien, aus denen schon mehrere hunderttausend Jahre alte DNA isoliert werden konnte, weil die kristalline Struktur als Schutz dient.

Ermutigende Versuche

Eingebettet in Siliziumdioxidkügelchen mit einem Durchmesser von 150 Nanometer haben die Wissenschaftler DNA-Moleküle, auf denen der Schweizer Bundesbrief von 1291 sowie die "Methodenlehre von Mechanischen Sätzen" von Archimedes gespeichert waren, im Labor getestet. Dort wurden sie einen Monat lang bei Temperaturen zwischen 60 und 70 Grad Celsius gelagert. Das sollte den chemischen Verfall mehrerer Jahrtausende simulieren.

Nach der Tortur wird die DNA mit Fluoridlösung wieder aus dem Quarz gelöst, um die Information auszulesen. Das hat im Experiment gut funktioniert. Die Forscher glauben aufgrund ihrer Experimente, dass ihr DNA-Speicher bei optimalen Bedingungen, wie etwa den minus 18 Grad im Saatgut-Tresor in Spitzbergen, eine Million Jahre lang funktionsfähig bleiben könnte.

Neben der Haltbarkeit der Moleküle müssen aber weitere Techniken implementiert werden, um ein fehlerfreies Auslesen der Information zu gewährleisten. Hierzu haben die Forscher eine Methode adaptiert, die bei der Datenübertrageung über extrem große Distanzen, etwa beim Funkkontakt mit Weltraumsonden, zum Einsatz kommt. Hier werden zusätzliche Daten an die eigentlich zu speichernde Information angehängt, mit denen sich die Informationen im Notfall wiederherstellen lassen. In ihren Tests konnten die Forscher mit dieser Technik die Information auch nach härtesten Belastungen des Speichers stets wieder fehlerfrei auslesen.