Forscher entwickeln neues DNA-Speichersystem mithilfe von Bakterien

Ein Team um Bioingenieure der EPFL hat eine Methode entwickelt, um Daten genauer und günstiger als bisher aus dem Erbmolekül DNA zu lesen. Dazu nutzten die Forschenden von Bakterien in Zellen gestanzte Nanoporen, durch die sie den Informationsstrang wie eine Kette hindurch fädelten und ablesen konnten.

Das Wichtigste in Kürze

Menschen erzeugen und speichern Abermilliarden Bytes an digitalen Daten.

Aber die Freude über die Ferienfotos oder Hochzeitsvideos währt nicht ewig: Herkömmliche Speicherträger überdauern bestenfalls einige Jahrzehnte. An einer Lösung gegen das digitale Vergessen tüfteln Wissenschaftler mittels dem Erbmolekül DNA. Dieses ist langlebig, kann zehnmal mehr Daten in einer millionenfach höheren Dichte speichern und verbraucht 100 Millionen Mal weniger Energie als ein Laufwerk.

Anders als die Daten in Nullen und Einser zu speichern, nutzt der genetische Code die DNA-Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Wissenschaftler mit Beteiligung der ETH Zürich konservierten mit dieser Methode bereits die erste Staffel der Netflix-Serie Biohackers im Code des Lebens. Um die Informationen auszulesen, braucht es ein DNA-Sequenziergerät, wie es Biologen üblicherweise verwenden, um Genome zu entschlüsseln.

Nur: Dieses Vorgehen ist enorm teuer und anfällig für Lesefehler, wie die ETH Lausanne (EPFL) am Montag mitteilte. Deshalb nahmen sich die Forschenden um Matteo Dal Peraro nun giftproduzierende Mikroben zu Hilfe, um den biologischen Speicherträger zu verbessern.

Sie liessen das Bakterium namens Aeromonashydrophila, das das Toxin Aerolysin produziert, winzige Löcher in eine Zellmembran stanzen. An einem Ende der Poren fädelten sie einen Informationsstrang aus einer Kombination aus DNA- und nicht-biologischen Bausteinen ein und zogen diesen komplett hindurch.

Der Clou: Die verschiedenen Bausteine erzeugen unterschiedliche elektrische Signale, die das Team mit einem Deep Learning-Algorithmus entschlüsselte. Dadurch gelang es ihnen, die Informationen der DNA-Kette in hoher Genauigkeit als Bits auszulesen, wie sie im Fachmagazin «Science Advances» berichten.

Die Forschenden arbeiten noch an einigen Verbesserungen, um ihr System tatsächlich in ein Produkt zu Datenspeicherung zu verwandeln. Aber die bisherigen Experimente hätten gezeigt, dass das neue System wesentlich günstiger als herkömmliche DNA-Datenspeicher sei und eine noch längere Lebensdauer aufweise. Ausserdem liesse es sich miniaturisieren, sodass es in mobile Datenträger eingebaut werden könne.