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24.01.2013
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Festplatte Erbgut

Forscher speichern Shakespeare-Sonette in DNA

Corbis

DNA als Speicher: 100 Millionen Stunden Videodaten passen in eine kleine Teetasse

Genforscher haben 154 Shakespeare-Sonette sowie Teile der Martin Luther King-Rede "I have a dream" auf DNA gespeichert. Die Daten ließen sich mit absoluter Genauigkeit auslesen. Einziger Nachteil: Noch ist die Methode viel zu teuer.

Im Erbgut sind alle überlebenswichtigen Informationen eines Organismuses gespeichert. Doch der Code des Lebens könnte zukünftig auch ganz andere Daten bereithalten: Wissenschaftler testen DNA-Moleküle, aus denen das Erbgut besteht, als Speichermedium für Bücher und Musik. Zur Probe haben sie verschiedene Dateiformate in DNA geschrieben und ausgelesen, berichten sie im Fachmagazin Nature. Der entscheidende Vorteil des Verfahrens sei die hohe Speicherdichte und große Genauigkeit bei der Entschlüsselung.

In dem erzeugten DNA-Molekül gespeichert sind neben den 154 Shakespeare-Sonetten im TXT-Format auch ein Teil der Martin Luther King-Rede "I have a dream" von 1963 als Audiodatei. Zudem wandelten die Wissenschaftler um Nick Goldmann vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) ein Foto im JPEG-Format sowie den ersten wissenschaftlichen Artikel über die DNA in Erbgutbausteine um. Alle Dateien zusammen waren anschließend 739 Kilobyte groß. Zum Vergleich: Ein typisches digitales Foto hat eine Größe von 2000 bis 5000 Kilobyte.

Das grundlegende Speicherprinzip ist alt bewährt: Die DNA setzt sich aus vier Nukleotid-Bausteinen zusammen: A, C, G, T. Aus diesen Buchstaben erzeugten die Wissenschaftler einen digitalen Binärcode. A und C stehen für Null, die beiden anderen, G und T, für Eins. Bereits 2012 war es George Church von der Harvard Medical School auf diesem Weg gelungen, ein Buch in den DNA-Code zu schreiben.

Im aktuellen Verfahren spalteten Experten die DNA in viele kleine, sich überlappende Abschnitte und versahen die Fragmente mit kurzen Anhängseln, aus denen die Position der Einzelteile im gesamten Code hervorgeht. Dadurch seien Fehler beim Herstellen der DNA sehr unwahrscheinlich, berichten die Forscher. Sie konnten die Daten zu 100 Prozent - also fehlerfrei - wieder herstellen.

Unschlagbar ergiebig, ewig haltbar - aber zu teuer

Das Speicherpotential der DNA ist riesig: In ihr gespeichert würden 100 Millionen Stunden hochauflösende Videodaten in eine kleine Teetasse passen, berichtet das EMBL. DNA könne im Gegensatz zur Festplattenspeicherung zudem tausende Jahre unbeschadet überdauern. Die ständig steigende Datenflut sei bereits jetzt ein Problem für Archivare, unter anderem auch in der Wissenschaft. Weltweit kursierten etwa drei Zettabyte an digitalen Daten - also 3000 Milliarden Giga-Bytes.

Das größte Hindernis bei der Anwendung des Verfahrens sind derzeit die Kosten. Vor allem die Synthetisierung der DNA sei noch sehr teuer, so das EMBL. Interessant sei das Verfahren dennoch vor allem bei Daten, die nicht so oft abgerufen werden müssen. "DNA ist unglaublich klein, dicht und braucht keine Stromversorgung bei der Lagerung, so dass auch Transport und Aufbewahrung einfach sind", so Goldman.

Er und sein Team schätzen die Kosten für die Speicherung auf derzeit rund 9.300 Euro pro Megabyte und etwa 170 Euro für die Decodierung. Sie vermuten, dass die Kosten innerhalb der nächsten zehn Jahre so weit sinken, dass sich die DNA-Speicherung schon bei Daten lohnt, wenn sie für weniger als 50 Jahre archiviert würden.

jme/dpa

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Das Erbgut

Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene sogenannte Nukleinsäuren: A, C, T und G.
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Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
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Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
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Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.

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