Der Forschungsverbund „MOSLA“ testet, wie sich Daten in Molekülstrukturen umsetzen lassen . DNA-Aeon überträgt Informationen fehlerfrei.
Will man digitale Informationen in Form der Erbsubstanz „DNA“ aufbewahren, so empfiehlt sich das Kodierungsschema „DNA-Aeon“, um die Originaldaten in DNA-Code umzuwandeln. „DNA-Aeon“ zeichnet sich insbesondere durch eine überlegene Fehlerkorrektur aus. Das hat ein Vergleich mit anderen Kodierungsschemata gezeigt, den ein Team des Marburger Forschungsverbunds „MOSLA“ im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ vorstellt.
Die Masse digitaler Daten steigt enorm. Doch die gängigen Speichermedien überdauern nur verhältnismäßig kurz. In der Regel sind das nur wenige Jahre. „Die hohe Informationskapazität und lange Lebenserwartung der DNA – verbunden mit sinkenden Kosten für die DNA-Synthese und -Sequenzierung –
macht DNA zu einer attraktiven Alternative zur herkömmlichen Datenspeicherung“, erklärte der Marburger Informatiker Prof. Dr. Dominik Heider. Der Leitautor des Fachaufsatzes leitet das Marburger Forschungsprojekt !“MOSLA“, das DNA als molekularen Speicher zur Langzeit-Archivierung in den Blick nimmt.
„In DNA-Speichern werden die digitalen Informationen zunächst in eine DNA-Sequenz übersetzt“, erklärte Heiders Mitarbeiter Marius Welzel. Er ist der Erstautor des Fachaufsatzes.
Im nächsten Schritt wird die DNA gemäß dieser Vorlage synthetisiert. Dabei wird sie chemisch hergestellt. „Die Buchstabenfolge der DNA kann jederzeit mit Sequenzierern ausgelesen werden, um die gespeicherten Informationen abzurufen.“
Jeder dieser Schritte kann zu Fehlern führen. Beim Schreiben, Speichern und Lesen von DNA sind etliche Besonderheiten zu berücksichtigen, die DNA-Sequenzen einhalten müssen. So muss die DNA einen bestimmten Gehalt von zwei ihrer vier wiederkehrenden Einzelbausteine aufweisen.
Fachleute sprechen vom „CG-Gehalt“. Die Marburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler überprüften, wie das Kodierungsschema „DNA-Aeon“ gegenüber Konkurrenzprodukten abschneidet. Der Vergleich mit anderen Codes belegt, dass „DNA-Aeon“ bessere Fehlerkorrekturmöglichkeiten bietet, obwohl die DNA-Synthese geringere Kosten verursacht.
„Die mit DNA-Aeon kodierten Daten weisen keine unerwünschten Muster auf, was die Widerstandsfähigkeit gegen Fehler erhöht“, berichtete Heider. „Unsere Tests zeigen eine hohe Zuverlässigkeit von DNA-Aeon.“
Heider leitet die Arbeitsgruppe „Data Science in der Biomedizin“ an der Philipps-Universität. Er ist Sprecher des Forschungsprojekts „MOSLA“. Neben den Teams von Heider und Prof. Dr. Bernd Freisleben aus dem Fachbereich Mathematik und Informatik der Philipps-Universität beteiligte sich die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Anke Becker aus dem Marburger Forschungszentrum für Synthetische Mikrobiologie an der Forschungsarbeit.
Das Land Hessen unterstützt das Forschungsprojekt „MOSLA“ durch sein Förderprogramm „LOEWE“. Das Bundesforschungsministerium BMBF hat beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur gefördert.
* pm: Philipps-Universität Marburg