LOEWE-Forschung

Lebende Bakterien, Quantenpunkte und chemische Verbindungen: Das sollen die Speichermedien der Zukunft sein? Absolut! Zugegeben – der USB-Stick wird dadurch nicht ersetzt, aber es werden Möglichkeiten zu längerfristigen Archivierungen geschaffen. Und das Gute daran: Man braucht sich auch in Zukunft kein Labor im Keller einzurichten, um Urlaubserinnerungen zu speichern. Im LOEWE Schwerpunkt MOSLA arbeiten Forscherinnen und Forscher aus verschiedensten Disziplinen wie der Informatik, Biologie, Chemie und Physik mit einem breit gefächerten und ganzheitlichen Ansatz zusammen, um genau das möglich zu machen. LOEWE-MOSLA schafft molekulare Speicher zur Langzeitarchivierung – und zugehörige Methoden und Software-Tools. Denn die Langzeitspeicherung von Daten ist immer noch ein fundamentales Problem unserer Zeit: Auch die Nutzung von DNA allein ist noch nicht die optimale Lösung des Problems, da hier bisher hauptsächlich chemisch synthetisierte Speicher eingesetzt wurden. Im LOEWE-Projekt MOSLA nutzen die Wissenschaftler:innen zusätzlich auch lebende Bakterien-Zellen, denn diese bringen wichtige zusätzliche Fähigkeiten mit: Bakterien-Zellen können DNA aufnehmen und damit Informationen speichern. Sie haben Mechanismen, um sich selbst zu reparieren und zu vervielfältigen. Insbesondere als Sporen können sie tausende Jahre unter extremen Bedingungen überdauern. Allerdings können Bakterien-Zellen nicht im Handumdrehen mit Informationen beschrieben und wieder abgerufen werden. Deshalb forscht MOSLA außerdem an sogenannten Clusterbausteinen, die gedruckt werden können. Quantenpunkte, die aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften robuste und leicht lesbare Datenspeicherung ermöglichen, können sogar mit herkömmlichen Geräten gedruckt werden. „Den Tag, an dem wir es zum ersten Mal schafften, Cluster auf einem Substrat zu drucken, werde ich nie vergessen“, so Prof. Stefanie Dehnen, „und das in der interdisziplinärsten Arbeitsgemeinschaft, an der ich je beteiligt war – das hat nicht nur großen Spaß gemacht, sondern war auch in vielerlei Hinsicht sehr bereichernd.“

Beide Speichermethoden können eine große Menge an Daten aufnehmen. Der MOSLA-DNA-Speicher kann in einem Liter das aktuelle Wissen der Menschheit unterbringen und mit codierten Quantenpunkten passen knapp 4MB auf eine Din A4 Seite Papier. Um diese Möglichkeiten weitestgehend auszuschöpfen, arbeiten die Wissenschaftler:innen des LOEWE-Schwerpunkts zum Beispiel auch an besseren Algorithmen zur Datencodierung und dem Abruf der gespeicherten Daten. Seit dem Förderstart von LOEWE-MOSLA gibt es noch einige weitere Highlights zur verbuchen, die die Bedeutung des Projekts für Wissenschaft und Gesellschaft unterstreichen: 2021 wurde das LOEWE-Projekt vom Hightech-Forum gebeten, den Ergebnisbericht der Veranstaltung in DNA zu erstellen. Der Wunsch wurde erfolgreich umgesetzt und der Bericht im April 2021 an die damalige Wissenschaftsministerin (Anja Karliczek) übergeben. Ergänzend wurde daraus ein Projekt, in Zusammenarbeit mit dem Hightech-Forum, in dessen Rahmen Röhrchen mit DNA-Speichern an Bürgerinnen und Bürger verteilt wurde. Die damit verbundene Aufgabe: Die DNA unter unterschiedlichen Bedingungen fünf Jahre zu lagern und anschließend zum Decodieren an MOSLA zurück zu schicken. Seit Sommer 2021 ist MOSLA außerdem Mitglied der globalen DNA Data Storage Alliance, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, ein interoperables Speicher-Ökosystem zu schaffen und zu fördern, das auf DNA als Datenspeichermedium basiert. Die Mitglieder kommen sowohl aus der Industrie als auch aus akademischen Organisationen. Eine exzellente Möglichkeit für die Forschenden von MOSLA, ihr Wissen in ein großes internationales Netzwerk einzubringen und gleichzeitig vom Austausch über Hessen und Deutschland hinaus zu profitieren. Ein wichtiger Meilenstein im Rahmen der LOEWE-Förderung von MOSLA bisher war auch die nach langer Planung im März 2022 abgehaltene erste eigene Konferenz in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für interdisziplinäre Forschung (Bielefeld): DSMM, die erste „International Conference on Data Storage in Molecular Media“