Revolutionäre DNA-Technik ermöglicht integrierte Datenspeicherung und -verarbeitung für die Zukunft

BerlinForscher der North Carolina State University und der Johns Hopkins University haben eine neue DNA-basierte Technologie entwickelt, die Daten speichern, abrufen, verarbeiten, löschen und überschreiben kann. Diese Innovation stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber älteren DNA-Datenspeichersystemen dar, die nur einige dieser Aufgaben durchführen konnten.

Diese neue Technologie vereint Datenspeicherung und -verarbeitung direkt in der DNA, im Gegensatz zu herkömmlichen Computersystemen, bei denen diese Aufgaben getrennt durchgeführt werden. Dies ist eine bedeutende Veränderung, da reguläre elektronische Geräte viele unterschiedliche Technologien benötigen, um diese Funktionen zu bewältigen. Das System, genannt „Ursprünglicher DNA-Speicher- und Rechenmotor“, stellt einen großen Fortschritt in der molekularen Computertechnik dar.

Höhepunkte dieses Durchbruchs umfassen:

• Fähigkeit, eine Vielzahl von Datenoperationen durchzuführen, einschließlich Speichern, Bewegen, Lesen, Löschen und Neuschreiben von Daten
• Einsatz von weichen Polymermaterialien, sogenannten Dendricolloiden, zur Schaffung einer großen Oberfläche für DNA-Ablagerungen
• Potenzial zur sicheren Datenspeicherung über Jahrtausende hinweg

Die Forscher haben sogenannte Dendricolloide entwickelt, komplexe Gebilde, die auf Mikroskala beginnen und sich in winzige Fasern verzweigen. Diese Fasern bieten eine große Oberfläche, wodurch es möglich ist, DNA zu speichern, ohne an Datenkapazität zu verlieren. So kann eine enorme Menge an Daten auf kleinstem Raum archiviert werden.

Diese Technologie kann DNA-Informationen von einer Oberfläche ablesen, ohne dabei die DNA zu beschädigen. Sie kann auch spezifische DNA-Abschnitte präzise löschen und neu schreiben. Diese Fähigkeiten machen DNA-basierte Systeme ähnlicher zu traditionellen elektronischen Geräten, behalten aber die Vorteile der DNA-Speicherung bei, wie Langlebigkeit und Kompaktheit.

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Forscher haben nun diese Technologie in winzige Kanäle integriert, die den Fluss von DNA und anderen Chemikalien steuern. Dies gewährleistet einen reibungslosen Datentransfer und startet Rechenaufgaben effizient. Außerdem wurden Algorithmen entwickelt, um Daten in DNA-Sequenzen umzuformen und zurück, was die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert.

Frühe Anwendungen dieser Technologie umfassen das Lösen einfacher Sudoku- und Schachprobleme. Diese Beispiele verdeutlichen, dass DNA-basierte Computertechnik in der Lage ist, komplexe Aufgaben zu bewältigen. Tests zeigen außerdem, dass DNA-Daten unter normalen Bedingungen über Tausende von Jahren ohne Qualitätsverlust gespeichert werden können.

Diese Technologie birgt enormes Potenzial. Sie könnte den steigenden Bedarf an Datenspeicherung decken und weitere Fortschritte in der molekularen Datenverarbeitung ermöglichen. Die Forscher haben einen Prototypen vorgeführt, der ähnlich wie frühe elektronische Computer, beispielsweise ENIAC, funktioniert. Sie hoffen, dass dies weitere Innovationen in diesem Bereich anstoßen wird.

Diese von der National Science Foundation finanzierte Forschung erzielt bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung nutzbarer DNA-basierter Datensysteme. Diese Technologie könnte kommerziell eingesetzt und skaliert werden, was die Art und Weise der Datenspeicherung und -verarbeitung revolutionieren könnte. Sie eröffnet neue Möglichkeiten für Branchen wie IT und Biotechnologie.