Erbgutmolekül DNA eignet sich zum Verschlüsseln von Daten

Weltweit wird zur Zeit an der Entschlüsselung des Erbgutmoleküls DNA gearbeitet. Dass die biologischen Träger der Erbinformationen (DNA) sich umgekehrt auch als digitaler Speicher von Computerdaten eignen und sicher verschlüsselt werden können, haben jetzt Forscher einer gemeinsamen Arbeitsgruppe der Universitäten Dortmund und Köln gezeigt.

Die Wissenschaftler kodierten kurze Nachrichten aus DNA wie im Computer als Folgen von Nullen und Einsen. Zur Verschlüsselung dieser DNA-Nachrichten bedienten sie sich eines aus der Informatik bekannten Verfahrens, der Steganographie. Dabei wird die zu verschlüsselnde Information in einer Vielzahl anderer Informationen versteckt, so dass die Entschlüsselung darin besteht, die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen zu finden. In diesem Fall wurden die zu verschlüsselnden DNA-Nachrichten mit Abermilliarden anderer DNA-Stränge gemischt.

Zur Entschlüsselung der DNA-Nachrichten verwendeten die Forscher die Polymerase – Kettenreaktion (PCR), ein Nachweisverfahren für DNA, das normalerweise für den Genetischen Fingerabdruck verwendet wird. Sie verwendeten eine spezielle Variante dieser Reaktion, bei der die digitalen DNA-Nachrichten ähnlich einem Barcode ausgelesen werden. Dabei kann nur der Empfänger eine DNA-Nachricht lesen, der die zur Nachricht passenden Schlüsselmoleküle kennt.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Verschlüsselung der digitalen DNA Moleküle nach den Sicherheitskriterien, die für computerbasierte Systeme gelten, sicher ist. Freilich ist das Anwendungsgebiet eher in der Nanotechnologie zu suchen: „Die Verschlüsselung von Informationen in DNA ist nicht als Konkurrenz zu den existierenden Software-basierten Verschlüsselungssystemen gedacht. DNA ist aber hervorragend als umweltfreundlicher Datenspeicher, z.B. zu Markierungszwecken geeignet“ sagte Hilmar Rauhe vom Fachbereich Informatik der Universität Dortmund, der das Projekt ins Leben gerufen hat.

Das gemeinsame Projekt der Dortmunder und Kölner Wissenschaftler entstammt dem Bereich des DNA Computing, einem ein noch sehr jungen Forschungsgebiet im Grenzbereich von Informatik, Molekularbiologie und Nanotechnologie. Ursprünglich beschäftigte man sich dort mit der Möglichkeit molekularer Superrechner auf DNA Basis. Das Gebiet wird sich nach Auffassung von Hilmar Rauhe jedoch neuen Anwendungsgebieten in der Nanotechnologie zuwenden. Dort könnte DNA aufgrund seiner minimalen Größe als Datenspeicher mit millionenfach höherer Speicherkapazität als herkömmliche Computermedien verwendet werden.

Weitere Informationen:
Dipl.-Biol. Hilmar Rauhe
Mail: rauhe@LS11.cs.uni-dortmund.de
Web: http://ls11-www.cs.uni-dortmund.de/molcomp/
Publikation: "Cryptography with DNA binary strands" in: Biosystems 57, Seite
13-22, September 2000.

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