Von der digitalen Speicherung zur «natürlichen», «biologischen» und «dauerhaften» Speicherung von Daten: Die DNA-Moleküle Datenspeicherung.

Was steckt hinter der DNA-Moleküle Datenspeicherung

 

Bei der Frage, welche Archivierungsmethode die längste Lebenszeit hat, denkt man schon lange nicht mehr an Pergamente und Papiere. Vielmehr denkt man an digitalen Speichermedien, wie etwa Festplatten. Und dies obwohl deren Lebensdauer im Vergleich sehr kurz ist (ca. 3-5 Jahren, zuletzt besucht am 22.7.2021), während Papiere doch mehrere hundert Jahre überleben können. Was aber wirklich ein Paradigmenwechsel für die Datenspeicherung bedeuten könnte, ist die Speicherung von Daten auf DNA-Molekülen.

Die Langlebigkeit von DNA-Molekülen ist von mehreren Hunderttausend Jahren, welcher wir bei der Forschung unserer Vorfahren beachtliche Erkenntnisse verdanken. Achtenswert ist aber auch die enorme Kapazität an Informationsdichte der DNA. So könnte theoretisch das gesamte Datenvolumen der Welt in einem Kaffeebecher voller DNA gesammelt werden. Damit hätte man bereits zwei der derzeit bestehenden Probleme im Zusammenhang mit der Datenspeicherung gelöst: Lange und damit sichere Datenspeicherung sowie platzsparende Speicherung von enormen Datenvolumen.

 

Doch, wie funktioniert eine genetische Datenspeicherung eigentlich?

 

Vorerst muss man verstehen, was ein Binärcode ist. Um die Entwicklung von Programmen zu ermöglichen wurden jegliche Informationen durch das sog. Dualsystem (oder Binärcode) «übersetzt». Binärcodes bestehen nämlich aus lauter Nullen und Einsen (z.B. 001011) und können so von unseren Rechnern gelesen werden.

Das gleiche Prinzip hat man nun in der Biotechnologie umgesetzt. Dabei werden Informationen, die in Binärcodes vorhanden sind auf DNA-Molekülen «geschrieben». Man geht hier also noch einen Schritt weiter. Um dies zu verstehen, bedarf es der Kenntnis der vier Basen der DNA, nämlich:

  • A für Adenin
  • G für Guanin
  • C für Cytosin
  • T für Thymin

Jeder Base wird dann eine gewünschte Ziffer oder ein Zifferpaar attribuiert, z.B. könnte Adenin für «01» im Binärsystem stehen. Diese Synchronisation wird im folgenden vereinfachten Beispiel veranschaulicht:

Nehmen wir das Wort, bzw. die drei Buchstaben «DNA» als Beispiel, was in Binärcodes übersetzt folgendes ergibt:

«01000100 01001110 01000001».

Nun schreibt man den Basen in einem zweiten Schritt die folgende Binärcodes zu:

A = 01, G = 00, C = 11, und T = 10

Dann wäre das Wort «DNA» als DNA-Molekül folglich:

AGAG AGCT AGGA

Oder andersrum, der Binärcode wäre den Basen wie folgt zugeschrieben:

01000100 01001110 01000001

 

Bestehen bereits solche Beispiele und wieso ist sie noch nicht die Datenspeicherungsmethode?

 

Bereits zum jetzigen Zeitpunkt bestehen mehrfache Exemplare von Daten, die in DNA-Form umgewandelt und gespeichert wurden. So auch die Netflix-Serie «Biohackers» oder das Album «Mezzanine», welches auf 920 000 künstlich hergestellte DNA-Abschnitte übertragen wurde. Diese Methode soll sich in Zukunft zur Alltagsmethode etablieren, momentan bestehen indes noch einige Stolpersteine. Nebst der noch aufwendigen Art der Synchronisation von Binärcodes ist auch das «schnelle» Herauslesen der Daten aus DNA-Molekülen noch nicht möglich. Anders als bei einer externen Festplatte kann man DNA nämlich nicht direkt an einen Computer anschliessen. Das Herauslesen erfolgt zurzeit noch mittels PCR-Methode, die zumindest seit Covid-19 jedem bekannt sein sollte. Dabei wird die Basenfolge zurück in Binärcodes umwandelt. Das Herauslesen hat sich aber bereits in den letzten Jahren stark verbessert und man erwartet in nächster Zeit auch weitere Optimierungen. Weiter ist die Synthese von mehreren grossen Daten auf einem einzelnen DNA-Moleküle technisch noch nicht möglich. Informationen werden momentan auf viele kürzere Abschnitte verteilt, weshalb das Album «Mezzanine» nicht auf einem einzigen DNA-Molekül, sondern auf 920 000 DNA-Abschnitte gespeichert wurde.

 

Welche rechtlichen Fragen stellen sich in Bezug auf die DNA-Moleküle Datenspeicherung?

 

Zunächst wird die DNA-Datenspeicherung aufgrund der noch umständlichen Synchronisierung und das Herauslesen vor allem der (Langzeit-)Archivierung dienen. Die lange und sichere Archivierung von Daten ist insbesondere dann rechtlich relevant, wenn es sich um Personendaten handelt. In diesem Fall müsste die Löschung der Daten beim Wegfall des Rechtfertigungsgrundes bzw. des Zwecks erfolgen. Sprich, die DNA-Kapsel mit den Personendaten müsste vernichtet werden. Dies dürfte noch keine grosse Hürde darstellen. Schwieriger könnte es werden, wenn nur ein Teil der in der DNA-Kapsel vorhandenen Daten nicht mehr vom Rechtfertigungsgrund erfasst sind. Das Extrahieren und Löschen einzelner Teile wäre zwar technisch möglich, wird aber nur mit grossem Aufwand erfolgen. Ob man an dieser Stelle bereits bei der Archivierung eine besondere Ordnung (evtl. betreffend Aufbewahrungsfrist) festlegt, soll dem Datenbearbeiter überlassen werden. Fraglich bleibt zudem, wie die Zugriffe auf der DNA gespeicherten Daten protokolliert werden, wie dem Grundsatz der Datensicherheit Rechnung getragen wird oder wie fremde Datenzugriffe verhindert werden können. Es wird wohl letztlich eine Frage der Zeit sein und wie schnell sich die Biotechnologie weiterentwickeln wird.

Die DNA-Moleküle Datenspeicherung kann besonders für Daten sinnvoll sein, deren Langlebigkeit essentiell ist. Man gedenke an Gegenstände historischer Bedeutung, wie Bücher oder Fotos, die nicht in Vergessenheit geraten sollen. Die Abspeicherung auf einem DNA-Molekül dürfte sich ausserdem auch gut als Backup für wichtige geschichtlichen oder wissenschaftlichen Daten eignen. Hingegen ist die DNA-Moleküle Datenspeicherung momentan für den Alltagsgebrauch und somit für die schnelle Verarbeitung von Daten nicht geeignet.

 

Wird von der Biologie Gebrauch gemacht, um der Technologie zu verhelfen – oder ist es doch andersrum?

 

Einerseits ist es unbestritten, dass die Biologie der Technologie zum Fortschritt verhilft. Anderseits ist jedoch die DNA-Molekül-Abspeicherung in vieler Hinsicht umweltfreundlicher als herkömmliche Datenspeicherungen. Man denke hierbei an den enormen Stromverbrauch oder die Entsorgungsproblematik von Servern. In diesem Sinne sieht es doch ganz danach aus, als ob sich die Fusion zwischen Biologie und Technologie zu einem vorteilhaften Prozess in aller Hinsichten bekennt.

 

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