Benutzer:Artikelstube/Biospeicher

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Biospeicher/ Biologische Speicherverfahren Unter einem Biospeicher versteht man einen Datenspeicher auf Basis biologischer Systeme. Die Daten werden in synthetisierten Molekülketten (der DNA, Proteinketten) gespeichert und diese als Nanopartikel gespeichert

Mikroskopische Strukturierung von Festkorpern durch Molekularstrahl-Epitaxie - ortsaufgeloste Materialsynthese

ZITAT Als Ersatz für magnetische und Halbleiter-Speichertechnologien sind zudem Bio-Speicher von Interesse. Dabei handelt es sich um volumetrische Speicher aus Proteinen, Flüssigkristallen oder anderen Molekülen. Die Proteine sollen auf Licht bis zu 1000-mal schneller reagieren als heutige RAM-Speicherzellen. Bisher ist jedoch die Laseransteuerung der begrenzende Faktor für die Geschwindigkeit. [1]





Geschichte

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Motivation

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Schwierigkeiten

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  • Kosten
  • Datenspeicher oft klein und damit kompliziert zu bearbeiten und nciht praxitauglich
  • lange Lese- und Schreibgeschwindigkeit
  • Beschädigung der Daten durch UV-Strahlung[4]

Arten

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DNA-Speicher

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Erste Überlegungen zu DNA-Speichern gab es bereits seit den 1960er-Jahren und erste Experimente seit der Jahrtausendwende.

Im Jahr 2011 kam dem Bioinformatiker Nick Goldman die Idee Datenmengen in der DNA zu speichern. Zwei Jahre später ist es Forschern gelungen sämtliche Shakespeare Sonetten und die Rede I have a Dream von Martin Luther King auf die DNA zu speichern. Mitlerweile wurden auch andere Mediendatein wie PDF, Fotos, Audiodatein und Bitcoins gespeichert.[4]

2012 gelang es Robert Grass und seinen Kollegen eine Kopie des Schweizer Bundesbrief zu speichern und abzurufen.

Aufgrund der besonderen Widerstandsfähigkeit gegen schädigende Einwirkungen aller Art von Deinococcus radiodurans-Bakterien könnten sie als DNA-Speicher genutzt werden. US-amerikanische Informatiker übersetzten den Text des englischen Kinderliedes It’s a Small World in den genetischen Code und schleusten die entsprechende DNA-Sequenz in das Erbgut der Bakterien ein. Noch nach etwa hundert Bakteriengenerationen ließen sich die Strophen in unveränderter Form mit üblicher Sequenziertechnik wieder auslesen, d. h., die eingebrachte Information wurde stabil abgespeichert und zusätzlich wurde durch die Vermehrung der Bakterien ihre Redundanz erhöht.[5]

Die University of Washington forscht zusammen mit Microsoft daran DNA als Speichermedium zu verwenden. Daten sollen so über Jahrhunderte lesbar bleiben und die Fläche eines Rechenzentrums auf einen Würfel geschrumpft. Daten werden automatisch in künstlich hergestellten DNA-Strängen ablegt später wieder abgerufen. Die vier Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) werden in einen binären Code von einer Software codiert. Die chemische Fertigung der DNA-Stränge übernimmt eine Synthesemaschine. Beim Abrufen der Daten werden die Basensequenzen der DNA-Stränge und in binären Code übersetzt. Allerdings ist die Lesegeschwindigkeit bisher sehr langsam und das Codieren des Wortes Hello dauert bereits 21 Stunden.[6][7][8][9] Auch die Kosten stellen ein Problem dar, so kostet die DNA-Synthese für zwei Megabyte ca. 7 Tausend US-Dollar und das Auslesen weitere 2 Tausend oder 40 Cenjt pro Byte. Bis zu 215 Petabyte sollen auf ein Gramm Erbgut passen.[10][11][8] [12] So würde das gesamte Internet auf die Größe eines Schuhkartons passen.[13] Anfang Juli 2019 gelang es einen DNA-Startup die gesamt englischsprachige Wikipedia mit einer Größe von ca. 16 Gigabyte auf DNA-Strängen zu speichern.[14]

Siehe auch: DNA-Computer

Molekularspeicher

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Molekularspeicher sollen millionenfach günstiger und schneller als DNA-Speicher sein. Der österreichische Chemiker Michael Fink von der Harvard University zeigte daher, das man ein Gemisch aus 32 verschiedenen Oligopeptiden (kurze Aminosäurenketten) ebenfalls als Datenspeicher verwenden kann. Auf einer Platte, die die Größe eines Smartphones hat, haben sie ca. 1500 Tröpfchen unterbracht. Danach wurde eine kleine Menge der Tröpfen mit einem Laser verdampft und per Massenspektrometrie gespeichert. Die Oligopetpitde ließen sich wie Orgelpfeifen nach ihrem Molekulargewicht ordnen. Fehlt ein Oligopeptid wird eine 0 gelesen, ist es da eine 1. So wird der binäre Code abgebildet und Daten können gespeichert und gelesen werden. 32 Moleküle stehen also für 32 Bit oder 4 Byte. Jedes Molbyte (8 Molbits) befindet sich auf einem Millimeter breiten Goldpunkt. Der Datenträger besitzt 15 Tausend, dieser Goldpunkte, die eng aneinander liegen. Bei den Forschungen konnten 400 Kilobits an Text und Grafiken mit acht Bits pro Sekunde abgespeichert werden und mit 20 Bits pro Sekunde gelesen werden. Seine Molekültröpfchen, die er MolBits genannt hat, sollen nach seiner Einschätzung in 5 bis 10 Jahren konkurrenzfähig mit den anderen Speichermedien werden. Einmal beschriebene Daten sind allerdings nicht mehr veränderbar.[15][16][17]

Pflanzenspeicher

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Die Idee Pflanzen als Datenspeicher zu verwenden wurde erstmals 2013 von Karin Fister and Iztok Fister Jr. an der University of Maribor aufgerufen und 2014 in einem Bericht ausgeführt.[18]

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Literatur

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Einzelnachweise

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  1. ↑ Trends bei Festplatten & Co. Ferro-elektrische- und Bio-Speicher; bei tecchannel.de
  2. ↑ DNA als Datenspeicher. 13. Juli 2017, abgerufen am 12. Juni 2019.
  3. ↑ Joachim Müller-Jung: Durchbruch mit DNA-Speicher : Die Festplatte für die Ewigkeit. ISSN 0174-4909 (faz.net [abgerufen am 12. Juni 2019]).
  4. ↑ a b Bioinformatiker: "DNA-Speicher kann man nicht hacken" - derStandard.de. Abgerufen am 12. Juni 2019 (österreichisches Deutsch).
  5. ↑ Strahlenresistente Bakterien als dauerhafte Datenspeicher - netzeitun… 11. Februar 2013, abgerufen am 12. Juni 2019.
  6. ↑ Jochen Siegle: DNA: Microsoft automatisiert die Datenspeicherung in Biomolekülen. 29. März 2019, ISSN 0376-6829 (nzz.ch [abgerufen am 12. Juni 2019]).
  7. ↑ Microsoft and University of Washington researchers set record for DNA storage. 7. Juli 2016, abgerufen am 12. Juni 2019 (amerikanisches Englisch).
  8. ↑ a b DNA-Datenspeicher: Auf Petabyte pro Gramm. Abgerufen am 12. Juni 2019.
  9. ↑ futurezone/PR: Speicher der Zukunft: Microsofts künstliche DNA sagt "Hallo". Abgerufen am 12. Juni 2019.
  10. ↑ Annett Stein: DNA: Forscher erschaffen Speicher mit extrem hoher Datendichte. 6. März 2017 (welt.de [abgerufen am 12. Juni 2019]).
  11. ↑ Jan Oliver Löfken: Datenspeicher: Festplatten aus DNA speichern mehr als jeder Chip. In: Die Zeit. 3. März 2017, ISSN 0044-2070 (zeit.de [abgerufen am 12. Juni 2019]).
  12. ↑ Speichertechnik: Microsoft speichert Daten in künstlicher DNA. Abgerufen am 12. Juni 2019.
  13. ↑ Speichertechnik: Microsoft stellt automatischen DNA-Speicher vor - Golem.de. Abgerufen am 12. Juni 2019 (deutsch).
  14. ↑ René Resch: Komplettes Wikipedia auf DNA-Strängen gespeichert. 1. Juli 2019, abgerufen am 3. Juli 2019 (deutsch).
  15. ↑ Neue Datenspeicher aus dem Molekül-Drucker. 17. Mai 2019, abgerufen am 12. Juni 2019.
  16. ↑ Michael Leitner: Datenverlust vermeiden: Molekularspeicher sichert Daten mehrere Jahrhunderte. Abgerufen am 12. Juni 2019.
  17. ↑ michael.leitner: Molekularspeicher lässt Daten mehrere Jahrhunderte überleben. Abgerufen am 12. Juni 2019.
  18. ↑ Storing data into a living plants. Abgerufen am 12. Juni 2019.

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