Was macht eine DNA Datenspeicherung aus?

Die DNA Datenspeicherung ist ein Thema, welches oft von den Wissenschaftlern angefasst wurde. Ich selbst bin vor Tagen auf einer Data Center Konferenz in Frankfurt auf das Thema von meinem guten Freund Edwin angesprochen worden. Ich war sehr verwundert und überrascht, da ich darüber nie was gehört habe. Er konnte eine große Interesse in mir wecken und die Recherche begann…

Die DNA enthält Informationen über einen lebenden Organismus. Es codiert alles in einem Lebewesen. Deshalb ist es für Unternehmen wie Microsoft sinnvoll, in diese Art Forschung zu investieren. Denn die Datennutzung wächst rasant. Sie erforschen wie DNA zur Datenspeicherung genutzt werden kann.

Im Gegensatz zu den meisten existierenden Datenspeichern dort draußen baut sich die DNA nicht im Laufe der Zeit ab und ist zudem sehr kompakt. Nur 4 Gramm DNA können einen Jahreswert an Informationen enthalten, die von der gesamten Menschheit zusammen produziert werden. Denn 4 Gramm sind fast schon ein EB=Exabyte, was 1.000 Petabytes entspricht.

Für die unter den Lesern, die sich das gerne lieber bildlich vorstellen möchten:

• Eine CD konnte zu unserer Zeit 700MB speichern
• 1 Petabyte entspricht einer Datenmenge von 1.533.917 CDs
• 1 Gramm DNA kann entsprechend eine Datenmenge von 329.792.131 CDs aufnehmen

1.44Mb Diskette ist längst veraltet

Mit der fortschreitenden Menschheit wächst die Menge an Daten und der Bedarf an einer sog. DNA Datenspeicherung, die wir produzieren und verbrauchen, beträchtlich. Die Zeiten der kleinen Daten Mengen sind vorbei. Eine 1.44Mb Diskette kann schon seit Jahren unsere Anforderungen in der IT nicht mehr erfüllen.

Diese ständig wachsende Datenmenge erfordert einen robusteren und langlebigeren Datenspeicher. Es wurde eine Studie in der Zeitschrift Science veröffentlicht. In dieser Studie haben die Forscher Yaniv Erlich und Dina Zielinski die Lösung zu den Datenspeicherbedürfnissen mit Hilfe von DNA aufgezeigt.

Erlich und Zielinski haben sechs Dateien in 72.000 DNA-Stränge zu je 200 Basen gespeichert. Die Akten enthielten eine Menge Daten und ein komplettes Computer-Betriebssystem. Außerdem enthielten sie einen französischen Film von 1895, eine Amazon-Geschenkkarte und einen Computervirus. Zu allerletzt befand sich noch eine Pioneer-Plakette und eine Studie des Informationstheoretikers Claude Shannon.

Mathematische Konzepte aus der Codierungstheorie

„Wir haben die Bits der Dateien auf DNA-Nukleotide abgebildet. Dann haben wir diese Nukleotide synthetisiert und die Moleküle in einem Reagenzglas gespeichert „, sagte Erlich gegenüber ResearchGate.

Um die Informationen zu verpacken, haben wir eine Strategie entwickelt, die „DNA Fountain“ genannt wird. Diese verwendet mathematische Konzepte aus der Codierungstheorie. Diese Strategie hat es ihnen ermöglicht eine optimale Verpackung zu erreichen, was der schwierigste Aspekt der Studie war.

Um die Daten abzurufen, setzten die Forscher DNA-Sequenziertechnologie und eine Software ein. Damit wird erreicht, dass der genetische Code wieder in binäre übersetzen wird. „Um die Informationen zu erhalten, sequenzierten wir die Moleküle. Das ist der Grundprozess „, sagte Erlich. Bemerkenswert ist, dass die wiederhergestellten Dateien fehlerfrei waren.

Die Möglichkeiten der Menschheit, Daten intakt zu halten, haben sich im Laufe der Jahre stark verbessert. Wir sind von Papier auf Magnetfolie auf Mikrochips umgestiegen. Allerdings ist die DNA eine noch bessere Option.

1 Gramm 215 Petabytes

Wie Erlich erklärte: DNA Datenspeicherung hat mehrere große Vorteile.

• Sie ist viel kleiner als traditionelle Medien. Tatsächlich haben wir gezeigt, dass wir eine Dichte von 215 Petabytes pro Gramm DNA erreichen können!
• Die DNA dauert über einen längeren Zeitraum, über 100 Jahre, was um ein Vielfaches mehr ist als traditionelle Medien. Versuchen Sie auf die Dateien aus den 90ern zuzugreifen und schauen Sie wie das klappt. Ich denke sie werden scheitern.

Laut Erlich ist es Zeit zu einer besseren Technologie überzugehen. Denn die traditionellen Medien leiden unter digitaler Veralterung. „Meine Eltern haben 8 mm Bänder, die jetzt praktisch nutzlos sind „, fügte er hinzu. „DNA gibt es schon seit 3 Milliarden Jahren und die Menschheit wird ihre Fähigkeit, diese Moleküle zu lesen, wahrscheinlich nicht verlieren. Ansonsten haben wir viel größere Probleme als die Datenspeicherung“, sagte Erlich.

Auf die Frage, wann diese Technologie zur Verfügung gestellt werden könne, antwortete Erlich mit einer optimistischen Einschätzung. „Ich würde mehr als ein Jahrzehnt schätzen“, sagte er. Dennoch sind wir noch in den Anfängen, aber es dauerte auch Jahre der Forschung und Entwicklung magnetischer Medien, bis sie nützlich wurden.

Forschung wie Erlich und Zielinski führt schließlich zu weiteren Möglichkeiten die Zukunft biologischer Computer zu erforschen. „Damit eröffnet sich die Möglichkeit molekularbiologische Hilfsmittel für die Datenverarbeitung einzusetzen „, so Erlich.

Zukunft der IT Industrie

Die Technologie entwickelt sich rasant weiter und zwar schneller als wir einen Atemzug nehmen können. Klar ist es, dass wir keine so großen Sprünge schaffen wie damals in den 80ern und 90er Jahren. Dennoch steht es fest, dass die Technologie uns überholen wird.

Nicht abzustreiten ist es, dass sogar Elon Musk vor einem Angriff der Robotics (in diesem Sinne keine menschliche Roboter gemeint) mit der hohen KI in der Zukunft warnt. Es gibt schon heute Roboter mit einer KI, die viele Arbeitsplätze bald zerstören wird und schon heute zerstört.

Wie geht man mit der ganzen Sache um? Sollte man den technologischen Progress stoppen? Sollte man sich wieder auf die alte Schule verlassen? Nach dem Motto: Nur ein Mensch kann ein wunderschönes Porträt malen oder ein Kunstwerk schaffen? Dies war vielleicht vor Jahren der Fall. Die Roboter von heute sind so weit, dass sie auch bestimmte Kunstwerke schaffen können!