Künstliche DNA - das Speichermedium der Zukunft

  • Weißer Staub in einem Röhrchen? Nein, das ist künstliche DNA, die laut 
Bioinformatiker Nick Goldman in zehn Jahren zum universellen Datenträger
 werden könnte.
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    Weißer Staub in einem Röhrchen? Nein, das ist künstliche DNA, die laut Bioinformatiker Nick Goldman in zehn Jahren zum universellen Datenträger werden könnte.

  • Digitale Information - hier ein Auszug aus Shakespeares Sonett 18 - in DNA kodiert.
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    illustration: goldman et al., nature

    Digitale Information - hier ein Auszug aus Shakespeares Sonett 18 - in DNA kodiert.

Forschern gelang es, sämtliche Sonette Shakespeares und andere Daten auf DNA fehlerfrei zu speichern - Trägermedium braucht wenig Platz, keinen Strom und ist alterungsbeständig

London/Wien - Im Moment halten wir bei rund drei Zettabyte. Das klingt nach nicht besonders viel, bedeutet aber nicht mehr und nicht weniger als 3.000 Milliarden Milliarden (also 10 hoch 21) Bytes an digitaler Information, über die wir zurzeit auf unserem Planeten verfügen. Doch wie sollen all diese Daten für die Nachwelt erhalten werden? Festplatten sind vergleichsweise teuer und brauchen Strom. Datenträger wie Magnetbänder, die ohne Strom auskommen, halten nur wenige Jahre.

Die Biowissenschaften gehören mit der Gen-Sequenzierung mittlerweile zu den größten digitalen Datenproduzenten. Nun kommt von ihrer Seite eine mögliche Lösung des Datenspeicherproblems: Forscher am Institut für Bioinformatik des European Molecular Biology Laboratory (EMBL-EBI) haben eine Methode entwickelt, um digitale Daten in Form von DNA abzuspeichern - also jener Substanz, die in jeder Zelle unser gesamtes Erbgut enthält.

"Extrem haltbare Art der Speicherung"

"Man weiß längst, dass DNA eine extrem haltbare Art der Informationsspeicherung ist", sagt EMBL-EBI-Forscher Nick Goldman: "Wir können DNA aus den Knochen von Wollmammuts extrahieren, die vor zehntausenden Jahren lebten." Außerdem sei DNA unglaublich klein und brauche auch keinen Strom zur Aufbewahrung.

Während Bioinformatiker gelernt haben, DNA in Höchstgeschwindigkeit zu lesen, stellte sie das Beschreiben von DNA vor zwei Probleme: Man kann nämlich erstens nur kurze Bruchstücke von DNA herstellen, und zweitens kommt es insbesondere bei der Wiederholung gleicher Buchstaben zu Fehlern.

Leseirrtümer ausschalten

Eine neue Methode umgeht zumindest das zweite Problem: Die nach wie vor kurzen DNA-Bruchstücke werden mit einander überlappenden Buchstabenreihen beschrieben, damit keine Leseirrtümer passieren können. Um ihr Verfahren zu testen, schickten die EMBL-EBI-Bioinformatiker unter anderem Shakespeares 154 Sonette und eine Rede Martin Luther Kings mit entsprechenden Anleitungen an die kalifornische Firma Agilent Technologies, die künstliche DNA herstellt. Die Kalifornier taten, was ihnen aufgetragen wurde, und schickten die hunderttausenden beschriebenen DNA-Teilchen - eine kleine Prise "Staub" - zurück nach Europa. Hier konnte die synthetische DNA tatsächlich fehlerfrei eingelesen werden, wie die Forscher um Goldman im Fachblatt "Nature" berichten.

Der Bioinformatiker ist vom Potenzial seiner Methode überzeugt, die auch neue Dimensionen der Speicherdichte erreicht: 100 Millionen Stunden hochaufgelöste Videos in Form von DNA hätten in einer Teeschale Platz. Bleiben die Kosten, die noch ein Problem darstellen. Nach den Schätzungen Goldmans sollte die Methode aber spätestens in zehn Jahren kommerziell einsetzbar sein. (Klaus Taschwer, DER STANDARD, 24.1.2013)

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9000 Euro für ein Megabyte

Heute hatte "nano" einen Beitrag darüber. Dabei wurden auch die Kosten erwähnt: Die Speicherung von 1 Megabyte Daten als DNA kostet derzeit noch 9000 Euro. Das lässt auch auf einen hohen Zeitaufwand schließen.

"100 Millionen Stunden hochaufgelöste Videos in Form von DNA hätten in einer Teeschale Platz"

Und in 15 Jahren fordert die Austro Mechana die Teeschalenabgabe.

Lass die Pornos weg und die ganze Information passt auf

10 herkömmliche Platten

Eine kurze (deutsche) Beschreibung, wie RNA/DNA synthetisiert wird:

http://tinyurl.com/a64or9r

Da hat die Kunst auch was zu sagen ;)

"A thought-provoking and hilarious design concept for data storage.. Enjoy!"

Wurde gestern an der Angewandten präsentiert:

https://www.youtube.com/watch?v=SVPFmhTXJ6k

100 Millionen Stunden HD-Videos in einer Teeschale.

Das menschliche Gehirn hat etwa das Volumen von 11 Teeschalen (auch wenn es Teeschalen und Teeschalen gibt - ist ja keine genormte Maßeinheit). Das heißt der Mensch kann etwa 1,1 Mrd Stunden an Filmen abspeichern.
1 Stunde HD-Videos hat wieviel GB? 10?

Das heißt das menschliche Gehirn hat etwa 11000000000000000000 Byte an Speicherkapazität - also genetisch?

Die DNA ist aber in jeder Hirnzelle (weitgehend) gleich, insofern werden nur ein paar Gigabytes als genetische Information gespeichert.

Die Speicherkapazität des menschlichen Gehirns wird anhand der Nervenzellen und Verbindungen zwischen Nervenzellen geschätzt, und da kommt man auf ein paar Petabyte. http://www.scientificamerican.com/article.c... y-capacity

(Würde mich allerdings interessieren, wie viel Information so im durchnschnittlichen Gehirn tatsächlich gespeichert ist und wie man das feststellen kann).

ja genau. das hirn besteht ja auch nur aus DNA. gell?

Das Projekt "Weltweite Datensicherung" ...

wird wahrscheinlich ein ähnliches Schicksal erleiden wie der Mars Climate Orbiter damals: "DNA-Strang zu kurz!" Ey, was? Wer hat hier noch Binärpräfixe verwendet?!?

Bitte, nicht schon wieder die Leier...

Ja, DNA kann Informationen speichern, ja, man kann DNA synthetisieren, nein, das bietet keinen Vorteil gegenüber konventionellen Medien.

Es würde Jahre dauern, den Inhalt einer einzigen handelsüblichen 2TB Platte in DNA zu codieren. Der Prozess ist teuer, und im Verhältnis zum Nutzen viel zu aufwendig.
Das Lesen ist zwar wesentlich schneller, aber auch wenn die 4th Generation Nanopore-sequencing Maschinen (derzeit sind wir bei 2rd Generation) eines Tages wirklich funktionieren sollten, die Zeit die es benötigt ist immer noch lächerlich lange.

DNA wird Elektromagnetische, oder Kristalline oder Polymerspeicher nicht ersetzen. Solche Experimente sind reine Show mit gut erforschtem Wissen. Ein Gag ohne wissenschaftlichen Wert.

abwarten

...in 20 oder 30 Jahren ist das vielleicht anders...

na, wenn schon

da verkauft halt jemand ein Forschungsprojekt, bei dem vielleicht tatsächlich und vorhersehbarer Weise wenig rauskommt - was die eigentliche Zielsetzung betrifft. Diese Zielsetzung lässt sich aber halt mal gut verkaufen! Andere Zielsetzungen braucht man dann gar nicht erst in den Forschungsantrag reinschreiben .... Gerade in den Naturwissenschaften waren oft die sog. "Nebenergebnisse" die wirklich wertvollen.

Bevor wir noch mehr in die Banken verpulvern, sollten wir es tatsächlich der innovativen Forschung zur Verfügung stellen - auch wenn die Forschungsagenda tatsächlich das Gegenteil von innovativ sein sollte!

Die Aussage kann ich sogar unterschreiben. Aber es ist traurig dass man es inzwischen nötig hat mit solchen Wissenschaftlichen Taschenspielereien Furore zu machen, um Geld für echte Forschung zu bekommen.

es versteht halt kein mensch mehr, was da geforscht wird. außer denen, die selber drann forschen...

Und genau deshalb sind unseriöse, unsinnige Aussagen wie die im Artikel beschriebene sehr wenig geeignet um das Allgemeinverständnis für diese Dinge zu fördern.

Dein Text erinnert mich an "Der Mensch wird niemals fliegen".

Nur wurden diese Aussagen von Menschen getätigt, die keinen blassen Schimmer von Aerodynamik hatten.

Ich studiere selbst molekulare Biologie. Ich kenne die Techniken mit denen DNA synthetisiert und vervielfältigt wird, ich kenne die Techniken mit denen man sequenziert und wende sie selbst an. Und ich kenne, im Gegensatz zu 99% der Poster hier, dich wahrscheinlich eingeschlossen, die Schwächen und Grenzen dieser Techniken.
Ich weiss über die Stabilität von DNA, und die Längenbeschränkungen der Sequenzierungen bescheid, weiss wie lnge die Prozeduren dauern und was sie kosten, und ich kenne die Entwicklungen in der Pipeline.

Mit anderen Worten, wenn ich so etwas sage, dann ist das eine informierte Aussage auf Faktenbasis, kein Ratespiel.

... wenn ich so etwas sage, dann ist das eine informierte Aussage auf Faktenbasis, kein Ratespiel.

Mein Gott bist DU aber auch klug! Schon Dein Nickname zeigt: hier schreibt ein Studierter. Und Du wirfst Deine ganze Kompetenz in die Diskussion "... wenn ICH so etwas sage ..."

Äh na dann ...

Einstein irrte sich auch manchmal, Du aber, nein DU aber sicherlich nicht, sicher nicht ...

Da wird sich auch gar nichts mehr entwicklen, dass DU nicht HEUTE schon kennst oder weißt ...

Äh ja dann ...

Eine Warnung des Kuratoriums für eingeschränkte Sicht: Dieses Posting ist vermutlich nicht frei von Ironie.

Einstein hat seine Irrtümer auch eingesehen. Die Menschen die DNA als den Speicher der Zukunft propagieren ignorieren die Tatsachen, und labern einfach dieselben Leiern immer wieder runter.

Und mit deinem ad hominem kannst du dich sonstwohin verziehen...wenn dir meine Meinung nicht passt, dann ARGUMENTIERE dagegen. Wenn du das nicht kannst, tja, dann wärste mal besser noch ein paar Jahre zur Schule gegangen.

Tatsache ist, die Entwicklungen in diesem Bereich versprechen in den nächsten 20 Jahren nichts, was die DNA Synthese zu einem besseren, zuverlässigerem Speicher macht, als die Elektronik die wir heute schon beherrschen.

Und die Elektronik entwickelt sich ebenfalls weiter.

Ähnliches wurde vor der Erfindung des integrierten Schaltkreises über die Digitaltechnik gesagt...

Nicht alles was hinkt ist ein Vergleich.

Die Aussagen dass man Schaltkreise nicht verkleinern kann wurde ohne eine Wissenschaftliche Basis gemacht.

Kannst du einschätzen wie schwer es ist DNA zu sequenzieren? Weisst du überhaupt wie man das macht? Sagen dir Worte wie Pyrosequencing, Sanger, Ilumina oder Nanopore etwas?
Weisst du was Proofreading im biologischen Sinn ist, welche Enzyme das machen und wo man diese findet (und wo nicht)?

Nicht? Nun, ich weiss es. Ich habe eine Wissenschaftliche Basis um solche Aussagen zu machen. Wenn ich mich irre, dann ist es so, und damit hab ich kein Problem. Aber der Wissensstand der derzeit existiert besagt, dass meine Vorhersage korrekt ist.

hättest Totengräber werden sollen!

pessimistische Wissenschaftler sind Oxymora.

Natürlich gibts an allen Ecken und Enden Probleme, ich werde auch keinen funktionierenden Kernfusionsreaktor mehr erleben, aber gleich zu schreiben: geht net, gibts net, das ist eines Wissenschaftlers unwürdig. Irgendwann wird irgendeinen irgendwo der Blitz der Erkenntnis treffen und dann gehts weiter.

Um nochmal auf das Problem des Auslesens von einzelnen Files aus grossen Datenmengen zurückzukommen...das Primerproblem liesse sich bei der DNA Speicherung nur auf eine Art und Weise umgehen...indem man die gesamte Sequenz wenn man sie braucht sequenziert.

Das wär in etwa so, als wenn dein Computer vor jedem einzelnen Datenzugriff erstma die komplette Festplatte scannt...das Ding wäre so langsam wie ein Abakus.

Und nein, das lässt sich nicht umgehen...die DNA ist ein lineares Molekül. Nenn mich von mir aus einen Pessimisten, aber die Natur hat Regeln, und die wirst du mit Träumerei nicht aus der Welt schaffen.

Habt ihr alle ein Problem mit sinnerfassendem Lesen?

Keiner hat geschrieben "das geht nicht"

Nur das es sinnlos ist...und das aus sehr gutem Grund. Es ist langsam, unzuverlässig, aufwendig, bietet keinerlei Vorteile, teuer, und die Speicherung grosser Datenmengen ist Problematisch, denn du kannst Daten aus einem grossenHaufen DNA nur dann abfragen, wenn du bereits WEISST was in dieser Sequenz drinsteht, sonst kannst du keine Primer designen. Einen Index oder ein Filesystem gibts nunmal nicht.

Es ist der Elektronik die wir JETZT schon haben in sämtlichen DIngen weit unterlegen, und wird sich so schnell auch nicht entwickeln. Und glaubst du, die Elektronische Entwicklung wartet netterweise 2-3 Jahrzehnte?

Pessimismus? Was du meinst nennt sich Realismus.

Ich kann und weiß das alles. Und trotzdem gebe ich Ihnen nicht Recht.

(Übrigens, mit Verlaub: Auch Nick Goldman und seine Kollegen können und wissen das alles. Wahrscheinlich sogar noch ein bisschen besser als Sie, Herr Magister)

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