Ein Buch aus DNA

[Dannyboy]

Ein paar Fragen.

Warum kann man mit herkömmlicher oder zukünftiger nicht-organischer Technik keine solchen Speicherdichten erhalten?

Über zukünftige Techniken kann ich nichts sagen. Es gibt ein paar quantenphysikalische Techniken, die nahe dran kommen, aber auch sehr empfindlich sind.
Aber man kann zum Beispiel die Magnetdomänen einer Festplatte nicht beliebig verringern.
Immerhin bräuchte man Bits in Molekülgröße die dann auch ablesbar sein müssen. In einer Halbleiterelektronik musst du auf diesen Skalen mit quantenphysikalischen Effekten die Tunnelungen rechnen.

Wäre das ein Speichermedium für die Zukunft, auch für Wald-und-Wiesen-Geräte (Smartphones, PCs, Fernseher, usw.)? Werden die Lesegeräte irgendwann billig genug sein?

Billig schon, irgendwann. Vor 10 Jahren kostete das Sequenzieren von 3 Gigabasenpaare DNA noch Milliarden. Heute einige tausend Dollar. Auch das ist noch viel zu viel. Aber in zwanzig Jahren sind es vielleicht nur noch Cent-Beträge.
Schnell genug für Alltagsgeräte wird das nie. Für schnelle Gebrauchsspeicher taugt es nichts, da das Datenauslesen ja chemisch erfolgt. Dem sind Grenzen gesetzt.
Es ist nur was fürs Archiv.

[Suthriel]

Wenn ein Gensequenzer 400 Megabasenpaare pro Tag schafft, und ein TB etwa 500.000 Byte hat, sieben bis acht Minuten.

Hast du dich in dem Teil hier vertippt? *s* TB steht doch für Terabyte und das wären dann etwas mehr als 500.000 Bytes, oder? ^.^
Ein TB käme auf 1.099.511.627.776 Bytes bzw., wenn ein Basenpaar ein Bit sein soll, 8.796.093.022.208 Bits.
Ändert sich da was nennenswert an der Lesezeit? *neugierig schauz*

[irony]

Hast du dich in dem Teil hier vertippt? *s* TB steht doch für Terabyte und das wären dann etwas mehr als 500.000 Bytes, oder? ^.^

TB habe ich als Taschenbuch gelesen, weil es um Bücher ging. Wenn Terabyte gemeint war, dann sieht es natürlich anders aus. Dann dauert das länger als ein Jahr.

[Amaranth]

Bei eukaryotischen Lebewesen ist das anders.
Nichtkodierende Desoxyribonukleinsäure ? Wikipedia


Da ist genug Platz. Da könnte man ganze Bibliotheken an seine Nachkommen vererben.

Du beachtest aber nicht, dass auch die "leeren" Stellen der DNS Funktionen hat. Diverse Anweisungen für die an der DNS operierenden Enzyme usw. sind hier gespeichert, die man für die eigentliche Protein-Biosynthese nicht benötigt und deshalb wegschneidet, die aber dennoch mitkopiert werden, wenn die Zellteilung erfolgt.

Und wie Dannyboy es schon mehrfach erwähnte:
In lebenden Organismen (vor allem Bakterien, die sich teilweise alle 20 Minuten teilen!) wird die Information zu schnell verfälscht. Zum einen durch äußere Faktoren (Radioaktivität, chemische Belastung, usw.), zum anderen durch innere (Mutation).
Man könnte wahrscheinlich einen Großteil der Daten wiederherstellen, aber ein Teil würde schon bald unwiederbringlich verloren sein. "Tote" DNS-Stränge hingegen können so verwahrt werden, dass diese quasi unempfindlich sind (im aufgerollten Zustand um Histone und den ganzen Quark sind sie es ja schon heute)

Zur Not kann man auch einen Rosetta-Stein hinterlassen. Und die heute üblichen Sprachen (Englisch, Chinesisch, ...) wird man wohl selbst in 5000 Jahren noch identifizieren können, sofern wir keine Apokalypse erleben. Dann wäre aber die Technik wohl erstmal wieder derartig rückständig, dass wir andere Probleme hätten, als DNS-Bücher.
Der Sinn wäre wohl vor allem in sehr langfristig angelegten externen Missionen, also quasi im Weltraum oder in Kolonien, sodass man den kompletten Wissensstand der Erde "backuppen" kann. Die bekannten digitalen Speichermedien sind hierfür nicht geeignet, sowohl was ihre Datendichte angeht, als auch (vor allem) ihre Haltbarkeit.

Nachtrag:
Zur Lesegeschwindigkeit könnte man auch noch dazu sagen, dass Bakterien eine Methode verwenden, bei denen ihre DNS-Stränge anders als bei Eukaryoten an mehreren Stellen aufgebrochen werden und somit schneller transkribiert werden kann. Ich habe zwar keine Ahnung von den derzeitigen "DNA-Readern", aber je nachdem, wie intensiv man das macht, kann man die Lesegeschwindigkeit möglicherweise noch etwas modifizieren.
Zudem muss man ja nicht alles auf einmal lesen. In der DNS-Sprache gibt es einige Kombinationen von Aminosäuren, die "Stopp" bedeuten und die (wie man sich wohl denken kann) eine sehr wichtige Rolle Spielen. Eine derartige Kombination am Ende eines jeden Werkes und schon kann man relativ schnell sortieren.

[Liopleurodon]

Billig schon, irgendwann. Vor 10 Jahren kostete das Sequenzieren von 3 Gigabasenpaare DNA noch Milliarden. Heute einige tausend Dollar. Auch das ist noch viel zu viel. Aber in zwanzig Jahren sind es vielleicht nur noch Cent-Beträge.
Schnell genug für Alltagsgeräte wird das nie. Für schnelle Gebrauchsspeicher taugt es nichts, da das Datenauslesen ja chemisch erfolgt. Dem sind Grenzen gesetzt.
Es ist nur was fürs Archiv.

"Billig" ist auch hier relativ zu sehen. Kostet doch eine einzige Platte für 454-Sequenzierungen schon 10.000 €, hinzu kommt noch der enorme Verarbeitungsaufwand zur korrekten Assemblierung der Daten. Nicht eingerechnet sind hier auch die Kosten zur Herstellung des DNA-Buches, die auch nicht von schlechten Eltern sein dürften.

Hier ist übrigens noch mal ein detaillierterer Link zu dem Thema:

Writing the Book in DNA : Wyss Institute at Harvard