Vom Labor auf den Markt: PairCode zur Speicherung von Daten auf synthetischer DNA

28 Juni 2023

DNA ist in der Lage, riesige Mengen an Informationen über einen langen Zeitraum und auf kleinstem Raum zu speichern. Das Start-up-Unternehmen PearCode nutzt Ver- und Entschlüsselungsalgorithmen, die an synthetische DNA angepasst sind, mit Hilfe derer Computerdaten kodiert werden kann.

Unser Genom, also die DNA, kann alle Formen von Daten speichern. Synthetische DNA kann binäre digitale Informationen in eine quaternäre Sequenz umwandeln, die aus den vier Bausteinen der DNA besteht: A, C, T und G. Die Grundlage für diese Entdeckung bildeten in den Fünfzigerjahren die Molekularbiologen James Watson und Francis Crick mit der Entschlüsselung des Bauplans des Lebens: der DNA. Aber erst seit etwa zehn Jahren wird die Speicherung auf synthetischer DNA zur Realität, und seitdem wächst die Branche rasant.

Vor dem Hintergrund der nachhaltigen Nutzung der globalen Ressourcen sind diese Technologien von vielfachem Interesse. „Ein paar hundert Gramm DNA würden ausreichen, um alle Daten weltweit zu speichern“.

„Unter guten Bedingungen kann DNA Tausende von Jahren aufbewahrt werden, wie man bei der Sequenzierung von Mammutüberresten und prähistorischen Pferdeknochen festgestellt hat. Diese Speicherung verbraucht keine Energie und wird somit den Anforderungen an eine Dekarbonisierung der digitalen Industrie gerecht, die fast genauso viele Treibhausgase ausstößt wie der Flugverkehr“, erklärt Marc Antonini, Forschungsleiter am Laboratoire d’Informatique, signaux et systèmes im Technologie- und Wissenschaftspark Sophia Antipolis bei Antibes (I3S – CNRS/Universität Côte d’Azur).

Dieser Ansatz eignet sich besonders gut für kalte Daten, d. h. Daten, die nur selten abgerufen werden und auf die nicht sofort zugegriffen werden muss. Dies gilt zum Beispiel für Archive, juristische Dokumente oder alte Urlaubsfotos.

Am I3S nahmen diese Studien eine neue Wendung, als Melpomeni Dimopoulou, Gewinnerin eines L’Oreal-Jungtalentpreises, unter der Leitung von Marc Antonini promovierte. Aus dieser 2020 verteidigten Doktorarbeit ging der inzwischen patentierte PairCode-Algorithmus hervor, der sehr effizient quaternäre Daten kodiert und dekodiert. Die biochemischen Prozesse, die zur Manipulation synthetischer DNA notwendig sind, verursachen zudem Fehler, die PairCode erfolgreich korrigiert. Diese Ergebnisse haben das Team zu weitergehenden Forschungen ermutigt.

„Wir haben beschlossen, zu zweit ein Start-up-Unternehmen, PearCode, zu gründen, um Speicher auf synthetischer DNA zu entwickeln und zur Dekarbonisierung der digitalen Industrie beizutragen“, sagt Melpomeni Dimopoulou, CEO von PearCode. „DNA ist zudem eine zuverlässigere Lösung, wenn man bedenkt, dass der größte Teil des Energieverbrauchs in Rechenzentren dadurch verursacht wird, dass die Daten alle fünf Jahre aus Sicherheitsgründen auf ein neues Medium übertragen werden müssen. Dies ist bei der Speicherung auf synthetischer DNA nicht erforderlich“.

Die Entwicklung des PairCode-Algorithmus wurde durch verschiedene Preise, die Melpomeni Dimopoulou erhielt, sowie durch das Frühförderungsprogramm des CNRS unterstützt. Diese Bemühungen führten im Oktober 2022 zur Gründung von PearCode. Da der akademische Konzeptnachweis bereits erbracht wurde, konzentriert sich PearCode nun auf die Optimierung und Automatisierung des Verfahrens, um insbesondere die Kosten und die Dauer zu senken. PearCode hat inzwischen ein Stipendium French Tech Emergence sowie die Unterstützung von Bpifrance erhalten und ist auf der Suche nach Partnern mit kommerziellem Profil, um das derzeit wissenschaftsgeprägte Team zu ergänzen.

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Quelle: CNRS Innovation