DNA-Kassetten könnten globale Probleme bei der Datenspeicherung lösen
DNA sequence in hand. Wireframe DNA molecules structure mesh. DNA code editable template. Science and Technology concept. Vector illustration
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Chinesische Forscher haben ein revolutionäres Datenspeichersystem vorgestellt, das die Nostalgie der Kassetten aus den 1980er-Jahren mit modernster Biotechnologie verbindet und eine „DNA-Kassette“ schafft, die in der Lage ist, bislang unerreichte 36 Petabyte Daten zu speichern – genug, um jedes jemals aufgenommene Lied zu beherbergen. Der Durchbruch, geleitet von Professor Xingyu Jiang an der Southern University of Science and Technology in Guangdong, stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Bewältigung der globalen Speicherkrise dar.
Die DNA-Kassette ähnelt einer herkömmlichen Musikkassette, funktioniert jedoch nach einem völlig anderen Prinzip. Anstatt magnetischer Partikel auf Polyesterbändern werden synthetische DNA-Stränge auf ein Kunststoffband aus einer Polyester-Nylon-Mischung gedruckt. Die vier DNA-Basen – Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin – dienen als biologische Entsprechung zum Computer-Binärcode und verschlüsseln digitale Informationen in molekularen Sequenzen.
Die größte Herausforderung der Speicherung ansprechen
Eine der bedeutendsten Innovationen in Jiangs System ist die Lösung für die Datenabfrage, die historisch das Hauptproblem der DNA-Speichertechnologie darstellt. Die Forschenden implementierten Barcode-Muster auf dem Band und schufen Millionen von adressierbaren Partitionen, die wie Ordner auf einem Computer funktionieren. „Dieser Prozess ist vergleichbar mit der Suche nach einem Buch in der Bibliothek“, erklärte Jiang gegenüber New Scientist. „Wir müssen zunächst das Regal finden, auf dem sich das Buch befindet, und dann das Buch auf dem entsprechenden Regal suchen.“
Das Forschungsteam erzielte eine bemerkenswerte Speicherdichte mit bis zu 28,6 Milligramm DNA pro Kilometer Band und der Fähigkeit, bis zu 1.570 Partitionen pro Sekunde zu verarbeiten. Um diese Kapazität ins rechte Licht zu rücken: Während herkömmliche Kompaktkassetten etwa 12 Lieder pro Seite speichern konnten, kann eine 100 Meter lange DNA-Kassette mehr als 3 Milliarden Lieder mit jeweils 10 Megabyte aufnehmen.
Haltbarkeit durch „Kristallrüstung“
Um eine langfristige Datenerhaltung zu gewährleisten, überzogen die Forscher die DNA-Stränge mit dem, was sie als „Kristallrüstung“ bezeichnen – einer schützenden Schicht aus zeolitischem Imidazolat, die verhindert, dass die DNA-Bindungen zerfallen. Diese Innovation könnte es ermöglichen, dass die Kassetten Daten über Jahrhunderte hinweg ohne Qualitätsverlust bewahren können, was die Lebensdauer traditioneller Speichermedien, die regelmäßige Migration auf neue Systeme erfordern, bei weitem übertrifft.
Die Studie, veröffentlicht im Journal Science Advances am 10. September 2025, zeigte die Funktionsfähigkeit des Systems, indem ein digitales Bild erfolgreich in DNA-Format umgewandelt und aus dem Band wieder ausgelesen wurde. Das Team entwickelte zudem ein spezialisiertes Kassettenlaufwerk, das Datei-Adressierung, Wiederherstellung, Löschung und Manipulation ermöglicht.
Marktauswirkungen und zukünftige Anwendungen
Dieser Durchbruch kommt zu einer Zeit, in der der globale Markt für Datenspeicherung vor beispiellosen Herausforderungen steht. Die jährliche Datenerzeugung wird voraussichtlich 180 Zettabyte erreichen, wobei ein Großteil davon als „Cold Storage“ klassifiziert wird – Daten, die archiviert werden müssen, aber nur selten abgerufen werden. Die theoretische Speicherdichte von DNA von 455 Exabyte pro Gramm bietet eine überzeugende Lösung für die Platz- und Energieprobleme, mit denen traditionelle Rechenzentren konfrontiert sind.
Die Technologie könnte Branchen von der Unterhaltung bis zur wissenschaftlichen Forschung revolutionieren, in denen riesige Datensätze eine langfristige Archivierung erfordern. Musiklabels und Streaming-Dienste, die Petabytes von Audiodateien verwalten, könnten DNA-Kassetten einsetzen, um Kataloge vor der Obsoleszenz zu schützen, während Genomforscher von einer kompakten Speicherung gewaltiger biologischer Datensätze profitieren könnten.
Dennoch bleiben Herausforderungen bestehen, bevor die Technologie kommerziell nutzbar ist. Die aktuellen Kosten für DNA-Synthese und die Abrufgeschwindigkeit hinken noch den siliziumbasierten Alternativen hinterher, obwohl die Forscher davon ausgehen, dass Werkzeuge der nächsten Generation zur Sequenzierung diese Einschränkungen beheben könnten. In ihren Tests dauerte das Wiederherstellen eines unvollständigen Bildes etwa 50 Minuten, was darauf hinweist, dass die Zugriffsgeschwindigkeiten noch verbessert werden können.
Trotz dieser Hürden stellt die DNA-Kassette einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiger, ultradichter Datenspeicherung dar. Während das Team von Jiang die Technologie weiterhin verfeinert, nähert sich die Lösung einem der dringendsten Infrastrukturprobleme des digitalen Zeitalters – durch eine elegante Verbindung biologischer Innovation und retro-inspirierter Gestaltung.
