DNA der Dinge: Forscher kombinieren 3D-Druck und DNA-Datenspeicher

Mit einem neuen Verfahren können Forschende alltägliche Dinge zu Datenspeichern machen. Als Informationsträger nutzen sie dabei die Erbsubstanz DNA.

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Dieser 3D-gedruckte Hase enthält seine eigene Druck-Anleitung in Form von DNA. Das Verfahren haben Forschende der ETH mit einem Kollegen aus Israel entwickelt.

Dieser 3D-gedruckte Hase enthält seine eigene Druck-Anleitung in Form von DNA. Das Verfahren haben Forschende der ETH mit einem Kollegen aus Israel entwickelt.

ETH Zürich / Julian Koch
(sda)

Die Erbsubstanz DNA ist ein ausgeklügeltes Speichermedium der Natur. In dieser Form tragen Lebewesen ihre Bau- und Betriebsanleitung in sich. Bei unbelebten Dingen ist dies nicht der Fall. Forschende der ETH Zürich haben nun jedoch gemeinsam mit einem Kollegen aus Israel eine Methode entwickelt, um Gegenständen eine eigene DNA zu verleihen. Als Speichermedium dienen tatsächlich DNA-Moleküle, die künstlich erzeugt und in winzigen Glaskügelchen eingeschlossen sind.

Zum Beispiel lasse sich damit eine 3D-Druckanleitung in ein Objekt integrieren, sodass diese selbst nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten noch direkt aus dem Objekt herausgelesen werden könne, erklärte Robert Grass von der ETH Zürich gemäss einer Mitteilung der Hochschule vom Montag.

Kunststoffhase mit eigener DNA

Als Beispiel stellten die Forschenden um Grass ein 3D-gedrucktes Häschen aus Kunststoff her. Dem Kunststoff mischten sie zuvor die Glaskügelchen bei, in denen sich die 3D-Druckanleitung in DNA-Form befand. Davon berichten sie im Fachblatt «Nature Biotechnology».

Das Team um Grass nennt die neue Speicherform «DNA der Dinge». Die gespeicherten Informationen sind dabei nicht auf eine Bauanleitung beschränkt: Auch Daten, die versteckt oder für die Zukunft aufbewahrt werden sollen, lassen sich mit dieser Methode in DNA-Moleküle schreiben und in 3D-gedruckte Alltagsdinge integrieren.

Die Informationen lassen sich aber auch wiedergewinnen, indem die Glaskügelchen aus dem Kunststoff wieder isoliert, aufgelöst, und die DNA mit Sequenzierungsmethoden ausgelesen werden. Auch dies zeigten die Forschenden an ihrem Kunststoffhäschen. Sie isolierten die Druck-Anleitung, druckten ein neues Häschen mit den DNA-haltigen Nanokügelchen, isolierten wieder die Information und so weiter. Sie konnten den Prozess fünfmal wiederholen und sozusagen «Urururenkel» des Häschens herstellen, wie die ETH schrieb.

Bundesbrief, Musikalbum und Kurzfilm

Die Grundlagen für die Methoden entwickelten die Forschenden um Robert Grass und den israelische Computerwissenschaftler Yaniv Erlich während der letzten Jahre. Zum einen nutzen Grass und sein Team bereits kurze DNA-Moleküle als Strichcodes, die sie in Glas-Nanokügelchen integrieren und so widerstandsfähig machen. So können sie beispielsweise als Identitätsausweis für hochwertige Nahrungsmittel oder Medikamente dienen.

Erlich wiederum entwickelte ein Verfahren, um grosse Datenmengen in DNA zu schreiben. So lassen sich theoretisch 215'000 Terabytes an Daten in einem einzigen Gramm DNA speichern.

Den Machbarkeitstest für die Datenspeicherung mit ihrer Methode lieferten Grass und sein Team bereits in der Vergangenheit, indem sie beispielsweise den Schweizer Bundesbrief, sowie das Musikalbum «Mezzazine» von Massive Attack in DNA in Glaskügelchen verewigten und wieder auslasen.

Ausserdem speicherten sie einen Kurzfilm von 1,4 Megabytes mit dieser Methode und gossen sie in ein unauffälliges Brillenglas. So liessen sich sensible Daten auch verstecken und selbst durch eine Kontrolle am Flughafen schmuggeln, schrieb die ETH. Verstecken könnte man die DNA-haltigen Nanokügelchen prinzipiell in allen Kunststoffen, die nicht allzu hoch erhitzt werden müssen.