Speichertechnik: Stoffwechselmoleküle werden zu Datenspeichern

Seit Jahren experimentieren Forscher unter anderem von Microsoft mit DNA als Datenspeicher. Eine Gruppe von US-Forschern hat gezeigt, dass sich auch manche Stoffwechselmoleküle dazu eignen. Diese sollen sogar Vorteile gegenüber DNA haben.

Artikel veröffentlicht am 8. Juli 2019, 13:50 Uhr, Werner Pluta

Katzenbild aus dem Molekülspeicher: größere Informationsdichte als DNA (Bild: Brown University)

Moleküle statt Festplatte: Wissenschaftler testen seit einiger Zeit die Speicherung von Daten in Desoxyribonukleinsäure (Englisch: Deoxyribonucleic Acid, kurz DNA), der Speichersubstanz, in der das Erbgut abgelegt ist. Aber auch andere Moleküle eignen sich als Datenträger: Ein Team von US-Forschern nutzt dazu künstliche Stoffwechselmoleküle.

Der Speicher besteht aus Lösungen mit Stoffwechselmolekülen oder Metaboliten wie Zucker, Aminosäuren und anderen Molekülen, die im Verdauungstrakt dazu dienen, Nahrung zu verdauen und andere wichtige chemische Funktionen zu erfüllen. In den Flüssigkeiten sind die Moleküle in unterschiedlichen Kombinationen vorhanden. Eine Eins oder eine Null wird kodiert durch das Vorhandensein oder das Fehlen eines bestimmten Moleküls. Die Anzahl der Molekültypen in einer Lösung bestimmt die Anzahl der Bits, die die Flüssigkeit aufnehmen kann.

Für ihre Studie, die sie im Open-Access-Magazin Plos One vorstellen, schufen die Forscher um Jacob Rosenstein Speicher mit sechs und zwölf Metaboliten. Ein spezieller Roboter träufelte dann eine Anzahl von Punkten auf eine Fläche. In den Punkten waren die sechs oder zwölf Moleküle enthalten oder nicht. Durch Inhalt und Anordnung der Tröpfchen wurden die Daten codiert.

Ein Massenspektrometer dient als Lesegerät

So konnten die Forscher beispielsweise in einer Matrix aus 1.024 Punkten und einer Lösung mit sechs Molekülen das Bild eines Steinbocks mit einer Auflösung von 6.142 Pixeln erzeugen. Mit Lösungen von zwölf Molekülen codierten sie das Bild einer Katze auf einem ägyptischen Sarg. Nachdem die Tropfen getrocknet sind, können die Informationen mithilfe eines Massenspektrometers ausgelesen werden. Das schafften Rosenstein und seine Kollegen mit einer Genauigkeit von 99 Prozent.

"Das ist eine Machbarkeitsstudie, von der wir hoffen, dass sie die Menschen dazu bringt, darüber nachzudenken, Moleküle in größerem Maß für die Speicherung von Daten zu nutzen", sagte Rosenstein. Angeregt wurden die Forscher der Brown University in Providence im US-Bundesstaat Rhode Island von Projekten zum Einsatz von DNA als Datenspeicher. Daran arbeiten beispielsweise Microsoft Research und die Universität von Washington in Seattle seit einigen Jahren.

DNA sei nicht das einzige Molekül, das als Datenspeicher genutzt werden könne, sagte Rosenstein. "In manchen Situationen können kleine Moleküle, wie die, die wir verwendet haben, sogar eine noch größere Informationsdichte haben als DNA."