Natürlicher Ansatz des internationalen Forscher-Teams kann Codierung 350-fach beschleunigen

Ein internationales Team aus Molekularbiologen, Informatikern und Physikern hat einen Weg gefunden, brauchbare digitale Daten 350 Mal schneller auf DNA-Stränge zu kodieren als mit herkömmlichen Methoden. In ihrer in „Nature“ erschienenen Studie (https://www.nature.com/articles/s41586-024-08040-5)hat die Gruppe die epigenetische Veränderung der DNA genutzt, um ihr schnelles Datenspeichermedium zu schaffen. Mitgewirkt haben auch Forscher des 2nd Physics Institut (https://www.pi2.uni-stuttgart.de/) der Universität Stuttgart und das Max-Planck-Institut for Solid State Research (https://www.fkf.mpg.de/en).

Datenspeicher im Blick

Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass ihr Verfahren neue Wege in der Forschung zur Entwicklung von Datenspeichern für die reale Welt unter Verwendung biomolekularer Systeme eröffnen könnte. Die DNA ist ein Speichermedium – ein einziger Strang menschlicher DNA könnte nach Schätzungen von Forschern bis zu 215.000 Terabyte an Daten speichern. Forscher haben nach Möglichkeiten gesucht, sie als reales digitales Speichermedium zu nutzen.

Bislang sind zwei Hürden zu überwinden, bevor sich die DNA zur Speicherung großer Mengen digitaler Daten verwenden lässt: die Kosten, wenn man DNA in Fabriken synthetisiert, um sie als Speichermedium zu verwenden, sowie die langsame Geschwindigkeit, mit der Daten auf DNA-Stränge kodiert werden. Das Team hat nun beide Probleme gelöst, indem es einen natürlichen Ansatz nutzt, der die Kodierung um das 350-Fache beschleunigt – genug für praktische Anwendungen.

350 Bits pro Reaktion

Der neue Ansatz ist synthesefrei und basiert auf der selektiven Methylierung von Basen in einer allgemeinen DNA-Vorlage als Mittel zur Datencodierung. Das Ergebnis ist das, was das Team als „Epi-Bits“ bezeichnet – eine Analogie zur Art von Bits, die in Digitalcomputern verwendet werden. In dem Fall wird eine 1 oder eine 0 durch eine methylierte oder nicht methylierte Base dargestellt. Tests haben gezeigt, dass das System Daten mit einem Tempo von 350 Bits/Reaktion schreiben kann, was eine enorme Verbesserung gegenüber dem einzigen Bit pro Reaktion früherer Ansätze darstellt, die synthetisierte DNA nutzen.