Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler am EMBL-EBI entwickeln Verfahren zur Speicherung auf DNA

24.01.2013
All unser Film- und TV-Material in einer Kaffeetasse
Zusammenfassung:
- Wissenschaftler am EMBL-EBI haben eine verlässliche und skalierbare Methode getestet, synthetische DNA zur Speicherung von Daten zu verwenden

- DNA ist ein vielversprechendes Speichermedium zur Archivierung von Daten, weil sie unter günstigen Bedingungen 10.000 Jahre oder älter werden kann

- Die in der synthetischen DNA gespeicherten Daten konnten absolut fehlerfrei abgerufen werden, indem die Probe sequenziert und dabei die Originaldateien rekonstruiert wurden

Wissenschaftler am EMBL-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) haben eine Methode entwickelt, Daten in der Form von DNA zu speichern – einem extrem langlebigen Material, das mehrere zehntausend Jahre überdauern kann. Diese neue Methode, die heute in der Fachzeitschrift Nature vorgestellt wird, ermöglicht die Speicherung von mindestens 100 Millionen Stunden hochauflösendem Videofilm in einer Menge DNA, die in eine Kaffeetasse passt.

Die Menge an digitaler Information weltweit entspricht momentan ungefähr drei Zettabyte (zum Vergleich: 1 Zettabyte entspricht einer 1 mit 21 Nullen) und der immerwährende Zuwachs an neuen digitalen Inhalten stellt die Archivare vor große Herausforderungen. Festplatten sind teuer und benötigen eine ununterbrochene Stromversorgung, während sogar die besten stromunabhängigen Archivierungsmaterialien wie zum Beispiel Magnetbänder innerhalb von zehn Jahren zerfallen. Dies ist vor allem für die Lebenswissenschaften zunehmend ein Problem, denn die Speicherung riesiger Datenvolumen – einschließlich DNA-Sequenzen – macht einen wesentlichen Teil des wissenschaftlichen Datenbestandes aus.

"Wir wissen bereits, dass DNA ein äußerst robustes Speichermedium ist, denn wir können sie aus den Knochen des Wollmammuts extrahieren, die mehrere zehntausend Jahre alt sind und sie enthält immer noch sinnvolle Informationen,” erläutert Nick Goldman vom EMBL-EBI. “Außerdem ist sie unglaublich winzig und besitzt eine hohe Dichte. Und sie braucht zur Speicherung keine Energie, was Transport und Lagerung natürlich stark vereinfacht.”

Das Lesen von DNA ist relativ unkompliziert, bisher war es das Schreiben, das dieser Speichermethode im Weg stand. Denn dabei gibt es zwei Herausforderungen: zunächst einmal erlauben die derzeitigen Methoden lediglich eine Herstellung von kurzen DNA-Strängen und zweitens sind sowohl das Lesen als auch das Schreiben fehleranfällig, besonders dann, wenn sich ein Buchstabe in der DNA wiederholt. Nick und sein Mitautor Ewan Birney, stellvertretender Direktor am EMBL-EBI, machten sich also daran, einen Code zu entwickeln, der beide Probleme angeht.

“Wir waren uns bewusst, dass wir für unseren Code lediglich kurze DNA-Stränge verwenden durften. Außerdem musste er so beschaffen sein, dass eine Wiederholung desselben Buchstabens praktisch ausgeschlossen war. Deshalb kamen wir auf die Idee, den Code in eine Reihe sich überlappender Fragmente aufzubrechen, die sich in beide Richtungen erstrecken. Positionsinformation zeigen an, wo das jeweilige Fragment im Code seinen Platz hat. So entsteht eine Kodierung, die keine Wiederholungen zulässt. Das heißt, derselbe Fehler müsste in vier verschiedenen Fragmenten auftreten, um wirklich Schaden anzurichten – und dies ist extrem selten, ” sagt Ewan Birney.

Die neue Methode erfordert eine Synthetisierung von DNA aus der verschlüsselten Information. Dies rief das kalifornische Unternehmen Agilent Technologies Inc. auf den Plan, das seine Unterstützung anbot. Daraufhin schickten Ewan Birney und Nick Goldman verschlüsselte Versionen von folgenden Dateien nach Kalifornien: eine .mp3-Version von Martin Luther Kings Rede “I have a dream”, eine .jpg-Aufnahme des EMBL-EBI, eine .pdf-Datei mit Watson und Cricks bahnbrechender Veröffentlichung “Molecular structure of nucleic acids” sowie eine .txt-Datei mit den Sonetten Shakespeares. Ergänzt wurde dies von einer Datei, in der die Verschlüsselung beschrieben wird.

“Wir haben die Dateien aus dem Web heruntergeladen und damit mehrere hunderttausend DNA-Teilchen synthetisiert – das Ergebnis sieht aus wie eine winzige Menge Staub,” erklärt Emily Leproust von Agilent. Agilent schickte die Probe ans EMBL-EBI, wo es den Wissenschaftlern gelang, die DNA zu sequenzieren und die Dateien fehlerfrei zu dekodieren.

“Wir haben einen fehlertoleranten Code entwickelt, der sich einer molekularen Form bedient, von der wir wissen, dass sie unter günstigen Bedingungen 10 000 Jahre oder länger halten kann”, so Nick Goldman. “Solange es jemanden gibt, der den Code kennt, wird man ihn lesen können – falls man im Besitz einer Maschine ist, die DNA lesen kann.”

Obwohl es noch eine Reihe praktischer Probleme zu lösen gibt, gilt die DNA aufgrund ihrer Dichte und Langlebigkeit bereits jetzt als attraktives Speichermedium. Der nächste Schritt wird nun sein, die Kodierung zu perfektionieren und die praktischen Probleme zu lösen, um das DNA-Speichermodell wirtschaftlich rentabel zu machen.

Nutzungsbedingungen
EMBL Pressemitteilungen, Photos, Grafiken und Videos unterliegen dem EMBL copyright. Sie können für nicht-kommerzielle Nutzung frei reproduziert und verbreitet werden. Wir bitten um Nennung der Autoren und Institution.
Deutscher Kontakt:
Lena Raditsch
Meyerhofstr. 1, 69117 Heidelberg, Deutschland
Tel.: +49 6221 387 8125
Fax: +49 6221 387 8525
lena.raditsch@embl.de

Isabelle Kling | EMBL Research News
Weitere Informationen:
http://www.embl.org

Weitere Berichte zu: DNA EMBL-EBI Kaffeetasse Kodierung Speichermedium Zettabyte

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser
24.04.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Löschbare Tinte für den 3-D-Druck
24.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie