Inspiriert von Jurassic-Park 18.06.2024, 10:00 Uhr

MIT-Forschende speichern DNA und Daten in künstlichem Bernstein

Forschende des MIT haben einen künstlichen Bernstein erschaffen, in dem sich DNA oder digitale Daten wie Fotos und Musik langfristig speichern lassen.

Bernstein

In natürlichem Bernstein finden sich immer wieder Einschlüsse von urzeitlichen Lebewesen, nun soll ein künstliches Bernstein als Datenspeicher fungieren.

Foto: PantherMedia / Jochen (YAYMicro)

Im Film „Jurassic Park“ extrahierten Wissenschaftler DNA, die Millionen von Jahren in Bernstein konserviert worden war, und nutzten sie, um längst ausgestorbene Dinosaurier wieder zum Leben zu erwecken. Inspiriert von diesem Film haben Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein glasartiges, bernsteinähnliches Polymer entwickelt, das für die Langzeitspeicherung von DNA verwendet werden kann. Dieses Polymer ermöglicht die Speicherung von ganzen menschlichen Genomen oder digitalen Dateien wie Fotos bei Raumtemperatur und schützt die DNA vor Schäden durch Hitze oder Wasser.

Die Herausforderung der aktuellen DNA-Speichermethoden

Derzeitige Methoden zur Speicherung von DNA erfordern Gefriertemperaturen, was viel Energie verbraucht und in vielen Teilen der Welt nicht umsetzbar ist. Das neue Polymer des MIT kann hingegen DNA bei Raumtemperatur speichern. Dies bietet eine praktische und kostengünstige Lösung für die Langzeitspeicherung.

Die MIT-Forschenden haben gezeigt, dass sie mit diesem Polymer sowohl DNA-Sequenzen, die die Titelmusik von Jurassic Park kodieren, als auch ein ganzes menschliches Genom speichern können. Zudem lässt sich die DNA leicht aus dem Polymer entfernen, ohne dass sie dabei beschädigt wird. „Das Einfrieren von DNA ist die beste Methode, um sie zu konservieren, aber es ist sehr teuer und nicht skalierbar“, sagt James Banal, ein ehemaliger Postdoc am MIT. Die neue Methode könnte die Zukunft der Speicherung digitaler Informationen auf DNA revolutionieren.

Stellenangebote im Bereich Forschung & Entwicklung

Forschung & Entwicklung Jobs
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Elektronenstrahl Schweißtechnik pro-beam GmbH & Co. KGaA
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Wirtschaftsingenieur als Industrial Engineer / Fertigungsplaner (m/w/d) pro-beam GmbH & Co. KGaA
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft-Firmenlogo
W2-Professur "Lasermaterialbearbeitung" Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
ULTRA REFLEX GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Kunststoff (m/w/d) Entwicklung und Optimierung von Produkten und Prozessen ULTRA REFLEX GmbH
Willstätt Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Feinwerkmechanikerin (w/m/d) für Vakuumsysteme von Beschleunigern Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Celonic Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technical Team Manager (w/m/d) Qualification & Asset Change Control Celonic Deutschland GmbH & Co. KG
Heidelberg Zum Job 
Neoperl GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Meister / Techniker (m/w/d) Prozess-, Automatisierungs- und Elektrotechnik Neoperl GmbH
Müllheim Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
R&D Manager (w/m/d) Process Design B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Universität Heidelberg-Firmenlogo
Elektroingenieur*in in der Elektronikentwicklung (w/m/d) Universität Heidelberg
Heidelberg Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft-Firmenlogo
W3-Professur "Life Cycle Engineering" Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
August Storck KG-Firmenlogo
Leiter (m/w/d) Prozess- und Methodenmanagement August Storck KG
Ohrdruf Zum Job 
Nash - Zweigniederlassung der Gardner Denver Deutschland GmbH-Firmenlogo
Teamleiter Development Engineering / Entwicklungsingenieur (m/w/d) Nash - Zweigniederlassung der Gardner Denver Deutschland GmbH
Nürnberg, Homeoffice möglich Zum Job 
JACOBS DOUWE EGBERTS DE GmbH-Firmenlogo
Project Engineer (w|m|d) JACOBS DOUWE EGBERTS DE GmbH
Elmshorn Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (w/m/d) Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Technische Universität Berlin-Firmenlogo
Universitätsprofessur - BesGr. W3 für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik an der Fakultät V Technische Universität Berlin
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences-Firmenlogo
Professor:in für das Lehrgebiet Carl-Zeiss-Stiftungsprofessur für Produktions- und Herstellverfahren von Wasserstoffsystemen Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences
Göppingen Zum Job 
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik-Firmenlogo
Ingenieur*in der Fachrichtung Elektrotechnik Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Greifswald Zum Job 
Atlantic GmbH-Firmenlogo
Werksleiter Endbearbeitung Schleifscheiben und Honsteine (m/w/d) Atlantic GmbH

Die Technik hinter dem Polymer

DNA ist ein stabiles Molekül, das sich gut für die Speicherung großer Mengen an Informationen eignet. Digitale Speichersysteme kodieren Text, Fotos und andere Informationen als eine Reihe von Nullen und Einsen. Dieselben Informationen können in der DNA mit den vier Nukleotiden A, T, G und C kodiert werden. Die DNA bietet eine Möglichkeit, diese digitalen Informationen in sehr hoher Dichte zu speichern: Theoretisch könnte eine Kaffeetasse voller DNA alle Daten der Welt speichern. Zudem ist die DNA sehr stabil und relativ einfach zu synthetisieren und zu sequenzieren.

Im Jahr 2021 entwickelten Banal und sein Postdoc-Berater Mark Bathe eine Methode zur Speicherung von DNA in Siliziumdioxidpartikeln, die mit Markierungen versehen werden konnten. Diese Arbeit führte zur Gründung eines Unternehmens namens Cache DNA. Allerdings hat dieses Speichersystem Nachteile, da es mehrere Tage dauert, bis die DNA in die Siliziumdioxidpartikel eingebettet ist. Außerdem wird Flusssäure benötigt, um die DNA aus den Partikeln zu entfernen, was gefährlich sein kann.

Entwicklung des neuen Polymers

Um alternative Speichermaterialien zu finden, arbeitete Banal mit Jeremiah Johnson und Mitgliedern seines Labors zusammen. Ihre Idee war, ein Polymer zu verwenden, das als abbaubarer Duroplast bekannt ist. Dieses Material enthält spaltbare Verbindungen, die leicht gebrochen werden können, sodass das Polymer kontrolliert abgebaut werden kann. Das resultierende Material, ein vernetztes Polystyrol, ist sehr hydrophob und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit, die die DNA beschädigen könnte. Die Forscher tauften ihre Methode T-REX (Thermoset-REinforced Xeropreservation).

Die Einbettung der DNA in das Polymernetzwerk dauert nur wenige Stunden. Zur Freisetzung der DNA wird Cysteamin hinzugefügt, das die Bindungen im Polystyrol-Duroplast spaltet, und ein Detergens namens SDS löst die DNA vom Polystyrol, ohne sie zu beschädigen. Mit dieser Methode konnten die Forschenden DNA unterschiedlicher Länge einkapseln, von kurzen Sequenzen bis hin zu einem ganzen menschlichen Genom.

Nach der Speicherung und Entnahme der DNA sequenzierten die Forscher sie und stellten fest, dass keine Fehler aufgetreten waren. Zudem zeigte sich, dass das Polymer die DNA vor Temperaturen bis zu 75 Grad Celsius schützen kann.

Zukunft der DNA-Speicherung

Cache DNA, das von Banal und Bathe gegründete Unternehmen, arbeitet nun an der Weiterentwicklung dieser DNA-Speichertechnologie. Eine mögliche Anwendung ist die Speicherung von Genomen für die personalisierte Medizin. Banal erläutert: „Die Idee ist, warum bewahren wir nicht die Hauptaufzeichnung des Lebens für immer auf?“ Banal weiter: „In zehn oder 20 Jahren, wenn die Technologie viel weiter fortgeschritten ist, als wir es uns heute vorstellen können, könnten wir mehr und mehr lernen. Wir stehen noch ganz am Anfang, wenn es darum geht, das Genom zu verstehen und wie es mit Krankheiten zusammenhängt.“

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.