Chinesische Wissenschaftler haben ein neuartiges Datenspeichersystem auf Basis von DNA entwickelt, das das Potenzial hat, die digitale Informationsspeicherung zu revolutionieren. Diese Technologie nutzt die hohe Dichte und Langlebigkeit von DNA, um die wachsenden Herausforderungen des digitalen Datenwachstums zu bewältigen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Science Advances* veröffentlicht und stellen einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Datenspeicherung dar.
Das Kernstück dieser Innovation ist ein "DNA-Speicherband", das in der Lage ist, Petabytes an Informationen in einem äußerst kompakten Format zu speichern. Digitale Dateien werden in spezifische DNA-Sequenzen umgewandelt, die auf ein Band aus einer Polyester- und Nylonmischung aufgebracht und durch eine kristalline Schutzschicht versiegelt werden. Jedes Band fungiert als eine Art mikroskopische Bibliothek, wobei Millionen von Fragmenten als digitale Ordner dienen und einen schnellen Zugriff auf spezifische Dateien ermöglichen, ohne das gesamte Speichermedium durchsuchen zu müssen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser DNA-basierten Speicherung liegt in ihrer bemerkenswerten Haltbarkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen elektronischen Geräten kann DNA Daten über Tausende von Jahren ohne Energieaufwand bewahren. Dies verspricht eine erhebliche Reduzierung des Energieverbrauchs von Rechenzentren und minimiert die Abhängigkeit von Kühlung und spezialisierter Hardware. DNA ist zudem unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Magnetfeldern, was die Integrität der gespeicherten Informationen über lange Zeiträume gewährleistet.
Die Kapazität ist beeindruckend: Ein nur 100 Meter langes DNA-Band kann schätzungsweise bis zu 36 Petabytes speichern. Dies übertrifft bei weitem die Dichte der fortschrittlichsten Festplatten, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind. Diese Dichte ist entscheidend, da die globale Datenerzeugung exponentiell zunimmt; Prognosen gehen davon aus, dass der weltweite Datenbedarf bis 2025 1,75 × 10¹⁴ Gigabyte erreichen wird.
Trotz dieser vielversprechenden Fortschritte gibt es noch Herausforderungen für die breite Akzeptanz. Die Kosten für die DNA-Synthese und das Auslesen der Daten sind derzeit noch hoch, obwohl erwartet wird, dass biotechnologische Fortschritte diese Preise senken werden. Ebenso sind die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von DNA noch langsamer als bei herkömmlichen Speichermedien, was den Einsatz zunächst auf Archivsysteme beschränkt. Die Notwendigkeit von Standardisierung ist eine weitere Hürde, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern und Plattformen zu gewährleisten.
Die Entwicklung der DNA-Speichertechnologie ist Teil eines globalen Trends, an dem sich auch Unternehmen wie Microsoft, Illumina und GenScript beteiligen. Praktische Anwendungen reichen von nationalen Archiven, die ihre gesamte digitale Geschichte in einem kleinen Raum aufbewahren, bis hin zur Speicherung genetischer Sequenzen in Forschungseinrichtungen über Jahrhunderte hinweg. Auch in der Raumfahrt könnte diese Technologie Anwendung finden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die DNA-Datenspeicherung eine der vielversprechendsten Alternativen zu den aktuellen Speichersystemen darstellt. Ihre Kapazität, Widerstandsfähigkeit und Energieeffizienz positionieren sie als nachhaltige Lösung für die steigenden Anforderungen der digitalen Speicherung. Die Forschung von GenScript hat beispielsweise einen Chip für die DNA-Datenspeicherung entwickelt, der die Synthese von 8,4 Millionen Oligonukleotiden ermöglicht, was die Effizienz bei der Datenspeicherung erhöht. Microsoft und die University of Washington haben ebenfalls bedeutende Fortschritte erzielt und das erste vollständig automatisierte System zur Speicherung und zum Abruf von Daten in synthetischer DNA demonstriert.