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SpanishErfolgreiche Speicherung digitaler Informationen in der DNA eines lebenden Organismus
Festplatten und andere Datenspeichersysteme speichern heute riesige Mengen an Informationen. Allerdings können diese Geräte, genau wie Magnetbänder oder Disketten in der Vergangenheit, im Laufe der Zeit veraltet sein und wir werden den Zugriff auf die Daten verlieren, die wir auf ihnen sammeln. Deshalb haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, um Daten in der DNA eines lebenden Organismus aufzuzeichnen. Diese Art von "Massenspeicher" wird wohl in absehbarer Zeit nicht obsolet werden.
Seth Shipman von der University of California in San Francisco, der nicht an der Arbeit beteiligt war, lobt die Leistung seiner Kollegen von der Columbia University, weist aber darauf hin, dass es noch lange dauern wird, bis solche Systeme praktische Anwendung finden.
Bild Quelle: Pixabay
Weitere Details finden Sie in Nature. (https://www.nature.com/articles/s41589-020-00711-4)
Wissenschaftler sprechen nicht erst seit gestern von der Speicherung von Daten in der DNA. Desoxyribonukleinsäure ist ein sehr attraktives Medium. Sie ermöglicht es, Daten mehr als 1000-mal dichter zu packen als in den leistungsfähigsten Festplatten, was bedeutet, dass man auf einem Platz von der Größe eines Salzkorns 10 Kinofilme speichern könnte. Da die DNA zudem ein zentrales Element biologischer Systeme ist, ist zu erwarten, dass die Technologien zum Schreiben und Lesen von Daten mit der Zeit billiger und perfekter werden.
Bisher haben Wissenschaftler, um Daten in die DNA zu schreiben, eine Folge von Einsen und Nullen in Kombinationen von DNA-Basenpaaren umgewandelt, dann werden die Daten in die DNA codiert. Da die Genauigkeit der DNA-Synthese jedoch mit der Länge abnimmt, wird DNA mit einer Länge von 200-300 Basenpaaren synthetisiert. Jedes dieser Fragmente erhält einen eindeutigen Bezeichner, so dass bekannt ist, wo sich bestimmte Daten befinden. Dies ist eine sehr teure Methode. Es kostet bis zu 3.500 Dollar, um 1 Megabit an Informationen zu speichern, und die DNA-Fläschchen können sich mit der Zeit zersetzen.
Deshalb versuchen Wissenschaftler, Daten in der DNA von lebenden Organismen aufzuzeichnen, die Informationen zwischen den Generationen weitergeben. Im Jahr 2017 nutzte das Team von Harris Wang an der Columbia University die CRISPR-Technik, um biologische Signale wie das Vorhandensein von Fruktose zu erkennen. Als die Forscher E. coli-Zellen Fruktose hinzufügten, stieg die Genexpression in extrachromosomalen DNA-Molekülen, sogenannten Plasmiden, an.
Dann zerschnitten Komponenten, die das Bakterium gegen Viren verteidigen, das Plasmid mit zu viel Genexpression, und ein Teil davon ging in einen bestimmten Teil der bakteriellen DNA, der sich an virale Angriffe erinnert. Dieses zusätzliche Stück stellte eine digitale "1" dar. Wenn das Fruktose-Signal nicht vorhanden war, hatten wir es mit einer digitalen "0" zu tun.
Da auf diese Weise aber nur wenige Datenbits gespeichert werden konnten, ersetzten Wang und seine Kollegen nun das fructosebasierte System durch ein elektrisches. Sie modifizierten das Bakterium E. coli so, dass es als Reaktion auf eine angelegte elektrische Spannung zu einer verstärkten Expression von Plasmiden kommt. Auf diese Weise konnten sie bis zu 72 Bit an Daten in der bakteriellen DNA elektrisch kodieren und die Nachricht "Hello world!" schreiben. Die Wissenschaftler zeigten auch, dass sie E. coli zu einer Standardmischung von Bodenmikroorganismen hinzufügen und dann das Ganze sequenzieren konnten, um die kodierte Botschaft zu lesen.
Wang betont, dass dies erst der Anfang der Forschung ist. Wir haben nicht die Absicht, mit aktuellen Datenspeichersystemen zu konkurrieren. Die Wissenschaftler haben eine Menge Arbeit vor sich. Zum Beispiel müssen sie einen Weg finden, um die Informationen vor dem Abbau zu schützen, der durch Mutationen in den Bakterien während der Zellteilung verursacht wird.