Biomemory Labs: DNA für Storage

Pierre Crozet, CTO Biomemory Labs, erklärt: „Das DNA Drive nutzt die synthetische Biologie. Damit können biologische Teile entworfen und konstruiert werden. diese Methode ermöglicht, um synthetische Genome zu erstellen. Es gibt viele weitere Anwendungsszenarien“.
Im Zeitalter von Big Data und künstlicher Intelligenz hat auch die Medizin große Fortschritte gemacht. Zum Beispiel können stolze Eltern genau beobachten, wie das Baby im Bauch der Mutter aussieht. Solche Fotos beanspruchen enorme Datenmengen.

Eines der Probleme ist, dass viele Daten zwar gespeichert, aber nie abgerufen werden. (WORN, Write One, Never Read). All dies verbraucht Speicherplatz und enorme Mengen an Energie.

Die Speichermedien können mit dem wachsenden Datenhunger nicht mehr Schritt halten. Es gibt jedoch ein Speichermedium, das seit vier Milliarden Jahren existiert, die DNA: Die DNA des menschlichen Genoms enthält 6,4 Milliarden Daten pro Zelle. DNA kann unter idealen Bedingungen hunderte oder sogar Millionen Jahre lang aufbewahrt werden. Sie ist sehr energiesparend und muss nicht gekühlt werden. Ihre Stabilität kann durch bestimmte Technologien (Imagene DANN Shell) für 50.000 Jahre garantiert werden. Es wird nicht veraltet. Die DNA wird immer mit der Schnittstelle kompatibel sein.

Es gibt jedoch ein Problem: Die Lese-/Schreibgeschwindigkeit ist sehr gering. „Dieses Problem interessiert uns aber nicht, da wir erst am Anfang stehen“, erklärt Crozet. Auch die Kosten sind sehr hoch, sie liegen bei etwa 1.000 US-Dollar pro Megabyte.

Dafür ist die Erstellung einer synthetischen DNA erforderlich. Die Codierung erfolgt im Binärformat sowie einer Folge von vier Buchstaben (2 Bits pro Basis, 00, 01, 10, 11, oder 1 Bit/Basis a=c=0 und T=g=1). Um Informationen in der DNA zu speichern, wird zunächst codiert, dann synthetisiert, sequenziert und schließlich decodiert. Das war der Stand der Technik zwischen 2012 und 2018. Microsoft Research und die University of Washington arbeiteten nach dem beschriebenen Verfahren. Sie haben auf diese Weise 200 Megabyte codiert (organisch et al).

Crozet argumentiert, dass die bestehenden Grenzen mithilfe der Biologie überwunden werden können, indem biokompatible und biosichere DNA verwendet wird. So können digitale Informationen in synthetischer DNA gespeichert werden, und zwar mithilfe eines gezielten Algorithmus. Dies ermöglicht die Beschaffung von DNA-Kopien zu sehr niedrigen Kosten.

Organisation ist wichtig, um an die Informationen zu gelangen. Zu diesem Zweck wurde das DNA Drive entwickelt, das eine hohe Redundanz bietet. Es ist mit allen Arten von Dateisystemen kompatibel, vollautomatisch und für die kalte Lagerung geeignet.

Zurzeit erfordert all dies noch, dass ein Biologe im Rechenzentrum arbeitet. Das DNA Drive ersetzt gewissermaßen ein herkömmliches LTO-Bandlaufwerk mit einem proprietären Dateiformata. Der Rest muss von den Biologen und Informatikern gemeinsam erarbeitet werden. Ein wichtiger Partner des Projekts sind die französischen Nationalarchive, die am 23. November 2021 Gastgeber der Präsentation waren. Darüber hinaus gehören große Unternehmen wie Microsoft, IBM, Dell und Western Digital zu den Partnern der DNA Storage Alliance.

Die Nutzungsziele sind Offline-Datenaufbewahrung, Markierung und Authentifizierung und in Zukunft auch Offsite-Cloud-Speicher. Die Vision ist ein DNA-Datenspeicherserver in einem Rack. Im Jahr 2030 soll das Ganze zu einem Preis von einem Dollar pro Terabyte verfügbar sein.