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Bioinformatiker Nick Goldman: ‚Die Lösung ist die DNA‘

Bioinformatiker Nick Goldman
© EMBL Photolab

Bioinformatiker und nextM-Speaker Nick Goldman über die Auswirkungen und Vorzüge von DNA als Speichermedium und wer davon profitieren könnte.

Dieser Artikel ist zuerst in Ausgabe Nr. 11/2018 des HORIZONT erschienen. Noch kein Abo? Hier klicken!

Horizont:Sie – beziehungsweise ihre Goldman Group – haben DNA als Speichermedium entdeckt. Wie sind Sie zu dieser Idee gekommen?

Nick Goldman : Das Europäische Bioinformatik-Institut (EMBL-EBI), in dem ich arbeite, ist eines der globalen Archive für Daten, die Wissenschaftler bei Genom-Sequenzierungsprojekten produzieren. Wir hatten viele Meetings im Laufe der Jahre, wie wir diese riesige Menge an Information bei unserem kleinen Budget effizient speichern können. Am Ende eines dieser Meetings haben wir gescherzt: Lustig, dass wir uns Gedanken machen, diese Information auf Computern zu speichern, wo doch DNA selbst Information ist. Und so dachten wir uns: Können wir nicht einige derselben Techniken nutzen, die die Natur entdeckt hat, um Information zu speichern? Schließlich erkannten wir, dass wir wahrscheinlich dazu in der Lage wären. Wir starteten also mit dem Problem DNA und fanden heraus, dass auch die Lösung DNA ist.

Was befähigt DNA zum Speichern von Information?

Eine Vielzahl von Eigenschaften: DNA ist sehr langlebig. Wenn das Molekül selbst bei guten Bedingungen gelagert wird, hält es Hunderte oder Tausende Jahre. Es braucht nicht viel Energie, um es in dieser Stabilität zu erhalten. Das wichtigste ist, das Molekül trocken zu halten – es kühl zu halten, hilft auch. Zudem wird es immer eine Maschine geben, um DNA zu lesen. Die Art der Maschine kann sich verändern, aber wir werden immer eine haben, weil wir immer unsere DNA und die von lebenden Kreaturen lesen wollen. Ein weiteres Feature, das wirklich hilfreich bei DNA ist, ist, dass man sie gut kopieren kann. Die erste Kopie herzustellen, ist schwer. Aber sobald man diese hat, dann gibt es gute Möglichkeiten, exponentiell mehr und mehr Kopien zu machen. Das ist sehr genau, günstig und überall nützlich, wo man viele Kopien braucht, etwa um sie unter vielen Menschen zu verteilen.

Vor einigen Jahren waren Sie optimistisch, dass sich die Kosten von DNA-Speicherung bald auf ein Maß reduzieren würden, die es auch für Privatpersonen attraktiv machen würde. Wie hat sich dieser Aspekt seither entwickelt?

Es kommt langsam. Ich war kürzlich in einem Meeting in New York mit einigen Firmen, die DNA herstellen. Die sind immer noch sehr optimistisch, den Preis senken zu können. Ich denke, seit wir unsere Arbeit publiziert haben, sind die Kosten schon um den Faktor vier oder fünf gesunken. Die Firmen glauben, dass sie den Preis in den nächsten zwei bis fünf Jahren weiter senken können. Ich hoffe, dass es so weitergeht. Wir sind da ein wenig von diesen Firmen abhängig. Es gibt keine fundamentalen Grenzen, die dem entgegenstehen. Der menschliche Körper produziert große Mengen an DNA. Es ist also nicht teuer, was Energieverbrauch oder Rohstoffe betrifft. Wir müssen nur einen Weg finden, diese Prozesse im Labor zu kontrollieren und zu unserem Vorteil einzusetzen.

Welche Auswirkungen wird DNASpeicherung auf unseren Alltag in 20 Jahren haben?

Die ersten Effekte werden wir schon früher sehen, hoffe ich. Wir werden zuerst die wertvollste Information archivieren. Der erste Nutzen wird in Notfall-Backup-Kopien liegen. Mit fortschreitender Kostensenkung und Komfortgewinn werden nicht nur Nationen, sondern dann auch große Firmen und dann kleine Firmen diese Technologie nutzen. Viele Menschen wollen persönliche Daten oder Informationen für ihre Familien speichern. Das werden die Märkte sein, wo wir helfen können – und das hoffentlich mit mehr Sicherheit. Ich speichere meine Daten auf beschreibbaren DVDs, die irgendwann versagen werden oder Harddisk-Back-ups, die irgendwann versagen werden. Viele nutzen auch Cloud-Speicher. Das heißt, einer Firma zu vertrauen, diese Daten über einen längeren Zeitraum aufzubewahren. Das kann sie tun oder auch nicht. Bei manchen Informationen will man keinen Firmen vertrauen, wenn man etwa an Regierungsaufzeichnungen denkt. Selbst Länder, die ihren eigenen Cloud-Speicher haben, müssen diesem nicht unbedingt wertvolle Geheimdienstinformationen anvertrauen. Und manche Länder haben diese Möglichkeit gar nicht.

Welche Wirtschaftszweige könnten noch von DNA-Speicherung profitieren?

Filmfirmen etwa. Die denken zumindest in 100-Jahr-Zeitspannen und sie wissen, dass Technologien, denen sie in der Vergangenheit vertraut haben, versagt haben. Archivfilme auf Zelluloid halten unter guten Bedingen hundert Jahre, aber dann muss man sich Sorgen machen. Zudem alle Arten nationaler Aufzeichnungen, Bankunterlagen, es gibt eine Fülle von Möglichkeiten, in denen Menschen Aufzeichnungen eine lange Zeit bewahren müssen. Vor Kurzem sind wir auf den Aspekt der Bodycams der Polizei gestoßen. Diese werden nicht nur genutzt, um aufzunehmen, was Polizisten tun, sondern auch um Beweise zu sichern und sie in der Zukunft zugänglich zu halten. Einige Länder haben jetzt beschlossen, dass diese Aufnahmen für unbegrenzte Zeit aufbewahrt werden müssen.

Wie reagieren die großen Internet- Konzerne auf Ihre Forschung?

Wir haben mit Leuten von Google und Amazon gesprochen. Es ist angesichts der frühen Phase für sie noch zu früh für ein aktives Engagement. Es ist eine von mehreren Möglichkeiten, die diese Konzerne interessieren. Es ist ein Markt, den sie beobachten, um zu sehen, was zukünftige Systeme sein werden.

Wenn biologische und digitale Grenzen aufeinandertreffen, wirft das auch ethische Fragen auf. Mit welchen ethischen oder religiösen Kritikpunkten mussten Sie sich auseinandersetzen?

Uns geht es da gut, weil die DNA, die wir nutzen, nicht in lebenden Organismen ist. Wir nutzen eine chemische, molekülisierte DNA, aber wir benutzen oder verarbeiten keine lebenden Zellen. Wenn wir das täten, gäbe es bestimmt ethische Fragen oder religiöse Bedenken, aber auch ethische Probleme. Es gibt auch zurecht sehr strenge ethische Kontrollen bei Forschung und Genom-Manipulation in lebenden Organismen. Selbst wenn die DNA, die wir schaffen, in einen lebenden Organismus gelangen würde, wäre es sehr unwahrscheinlich, dass das eine biologisch signifikante Auswirkung hätte. DNA-Synthese-Unternehmen überprüfen, ob die DNA, die sie herstellen sollen, aussieht, als würde eine böswillige oder gefährliche Absicht dahinter stecken – und wir haben ihnen nie irgendwelche Sorgen bereitet.

In Ihren Vorträgen fällt auf, dass Sie sich viel Mühe geben, Ihre Forschung anschaulich und humorvoll darzustellen. Ist das angeborenes Showmanship oder eine Notwendigkeit, um ein so abstraktes Thema zu erklären?

Ich habe an meinen Vorträgen über die Jahre gearbeitet. Wie viele Wissenschaftler bin ich vielleicht etwas faul oder denke nicht genug über die Präsentation nach. In unseren Karrieren kommen wir damit oft durch, weil wir vor anderen Wissenschaftlern referieren, die sich gut in unserem Forschungsgebiet auskennen. Dieses Projekt ist für mich das erste, das auf viel öffentliches Interesse gestoßen ist und ich habe schnell gemerkt, dass das Publikum nicht dasselbe Hintergrundwissen mitbringt. Sie benützen Computer, haben von DNA gehört, aber wissen nicht, was das bedeutet. Also ist es besonders wichtig, dort anzusetzen, was das Publikum kennt und ihm nur ein wenig Extra-Information zu geben, denn das ist alles, was man in so kurzer Zeit verstehen kann. Ich habe hart daran gearbeitet, das kommt nicht von selbst.

 


Zur Person

Nick Goldman erhielt 1992 seinen Doktortitel in molekularer Evolution am Zoologischen Institut der Universität Cambridge. Er arbeitete unter anderem an der Uni Cambridge bevor er 2002 zum Bioinformatik-Institut des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL-EBI) kam (www.ebi.ac.uk). Er leitet eine Forschungsgruppe, die neuartige Datenanalysetechniken für die molekulare Evolution entwickelt und hat etwa 100 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht. Sein Spezialgebiet ist DNA Storage, die Nutzung von DNA als Speichermedium. Bei der nextM-Konferenz stellt er sein Projekt vor.


NextM

nextM, die Zukunftskonferenz von GroupM, findet zum zweiten Mal am 12. April 2018 in der Aula der Wissenschaften in Wien statt. Hochkarätige internationale Speaker aus den Bereichen Philosophie, Wissenschaft und Politik, wie der US-amerikanische Philosoph Michael Sandel von der Harvard Universität und Kevin Slavin vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), eine der weltweit führenden Eliteuniversitäten im Bereich Hochtechnologien, werden in ihre Sichtweisen und Erkenntnisse zur technologischen Entwicklung und Auswirkungen präsentieren und diskutieren. Es geht um den Einfluss der Technologisierung auf die Entwicklung unserer Gesellschaft und damit auch der Wirtschaft. Was sind die großen Fortschritte und sind wir überhaupt in der Lage damit umzugehen? Teilnahme auf persönliche Einladung.

 

1 Kommentare

  • Vogelsang
    Laut dieser Quelle sind sogar Petabyte möglich, sprich mit einer vernünftigen, effizienten Herstellung ist das Datenspeicherproblem gelöst. https://goo.gl/Z2PuUr Übrigens zum jetzigen Zeitpunkt wahrscheinlich auch ein gutes Investment für das nächste Jahrzehnt ähnlich Goole, Amazon oder ähnlichem in den Startjahren....

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