Das Magazin der Zukunft - Kostenlos, Futuristisch, Genial.
DNA als revolutionäre Alternative zu herkömmlichen Computern
Die Zukunft der Datenverarbeitung: Wie DNA-basierte Computer die Technologiebranche revolutionieren könnten
Im Gegensatz zu Rechenzentren ist DNA unglaublich kompakt. Diese Moleküle verpacken den genetischen Bauplan eines gesamten Organismus in winzige, aber ausgeklügelte Strukturen in jeder Zelle. Kalt gehalten – zum Beispiel in einem Gefrierschrank oder in der sibirischen Tundra – kann DNA und die darin codierten Daten Jahrtausende überdauern. Doch DNA ist bei weitem nicht nur ein Speichergerät. Eine Vielzahl von Molekülen schaltet Gene an und aus – ähnlich wie das selektive Ausführen von Codeabschnitten – um alltägliche zelluläre Funktionen zu orchestrieren.
Wissenschaftler betrachten DNA schon lange als Rechenwerkzeug, um herkömmliche Laptops zu ergänzen. Mit der exponentiell steigenden Datenmenge auf der Welt haben Siliziumchips Schwierigkeiten, den Anforderungen an Datenspeicherung und -verarbeitung gerecht zu werden. Der Aufstieg großer Sprachmodelle und anderer Formen künstlicher Intelligenz verstärkt zusätzlich die Notwendigkeit alternativer Lösungen.
Letzten Monat fand ein Team von der North Carolina State University und der Johns Hopkins University einen Ausweg. Sie integrierten DNA-Moleküle, die mehrere Bilder codierten, in eine verzweigte gelartige Struktur, die einer Gehirnzelle ähnelte. Diese als „Dendricolloide“ bezeichneten Strukturen speicherten DNA-Dateien weitaus besser als allein gefriergetrocknete Varianten.
DNA innerhalb von Dendricolloiden kann etwa 170 Mal wiederholt getrocknet und rehydriert werden, ohne die gespeicherten Daten zu beschädigen. Laut einer Schätzung könnte jede DNA-Strang über zwei Millionen Jahre bei normalen Gefrierlagertemperaturen überdauern.
Im Gegensatz zu früheren DNA-Computern können die Daten gelöscht und wie bei herkömmlichen Computern mehrfach ersetzt werden, um verschiedene Probleme zu lösen – einschließlich eines einfachen Schachspiels und Sudoku.
Bislang wurde DNA hauptsächlich als Langzeitspeicher oder Einwegcomputer betrachtet. Die Entwicklung von DNA-Technologien, die spezifische Daten wiederholt speichern, lesen, „umprogrammieren, neu laden oder berechnen“ können schien schwierig oder unmöglich zu sein, so Studienautor Albert Keung in einer Pressemitteilung.
Die ersten Schritte wurden im Bereich der Datenspeicherung unternommen. Unsere Computer arbeiten mit binären Informationseinheiten, die mit Nullen und Einsen codiert sind. Im Gegensatz dazu verwendet DNA vier verschiedene Moleküle, typischerweise dargestellt durch die Buchstaben A, T, C und G.
Dies bedeutet, dass verschiedene Paare von Nullen und Einsen – 00, 01, 10, 11 – in verschiedene DNA-Buchstaben codiert werden können. Aufgrund ihrer Verpackung in Zellen könnte DNA theoretisch weit mehr Daten auf weniger Raum speichern als digitale Geräte.
„Du könntest die Datenmenge von tausend Laptops in eine auf DNA basierte Speicherlösung packen, die so groß ist wie ein Radiergummi“, sagte Keung.
Mit jedem Computer müssen wir in der Lage sein nach Informationen zu suchen und sie abzurufen. Unsere Zellen haben Mechanismen entwickelt, um bestimmte Teile eines DNA-Strangs bei Bedarf abzulesen – eine Art Random-Access-Speicher für das Extrahieren bestimmter Datenstücke.
