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Bakterien als Datenspeicher

Der Gedanke ist nicht neu: Bakterien sind als Datenspeicher geeignet. Die Erbinformation, die in der DNS (Desoxyribonukleinsäure) gespeichert wird, basiert auf vier Nukleinsäuren, abgekürzt A, T, G und C. Damit lässt sich eine ungeheure Menge an Information speichern, geschätzt werden ein Megabyte pro Bakterium. Die Natur kann das schon ganz hervorragend, der Mensch tut sich noch etwas schwerer.

Masaru Tomitas, Biowissenschaftler an der renommierten Keio Universität in Japan, ist es gelungen, künstliche DNS zu erzeugen und sie in ein extrem unempfindliches Bakterium einzupflanzen. Das winzige Lebewesen übersteht extreme Temperaturen, Säurebäder und hohe radioaktive Strahlendosen. Das Problem der Genmutation bei der Vermehrung wurde dadurch gelöst, dass das Bakterium dazu gebracht wird, eine Geißel auszubilden, wodurch der natürliche Vermehrungsprozess gestoppt wird. Tomitas nimmt an, dass auf diese Weise Daten mehrere Millionen Jahre erhalten bleiben.

Experten des MIT können Bakterien zu komplexen Mess- und Speicherinstrumenten um“programmieren“. Die Miniorganismen können auf unterschiedliche Umweltreize reagieren und das Ereignis dauerhaft im Erbgut speichern (wo es zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden kann) oder sofort ein Signal ausgeben. Auch kann die Dauer oder Stärke eines Reizes gespeichert werden, ein großer Fortschritt zu bisherigen Entweder/oder-Informationen.

Die Forscher demonstrierten, wie sie ihre Forschungsobjekte dazu brachten, auf einen Lichtblitz zu reagieren. Das Bakterium erzeugt darauf einen kurzen DNA-Einzelstrang der ins Erbgut eingebaut wird – die Information „Blitz“ ist gespeichert, auch in allen Nachkommen des Bakteriums.

Dem MIT-Team gelang es auch, Stärke oder Dauer des Blitzes zu speichern. Die Forscher benutzten dazu eine ganze Kolonie von Bakterien, von denen jedes ein wenig unterschiedlich auf den Blitz reagierte. Die Anzahl der regierenden Mikroorganismen macht aus dem digitalen Signal (Blitz/kein Blitz) ein analoges mit differenzierter Information. So reagieren auf ein schwaches Lichtsignal nur wenige Bakterien, auf ein stärkeres deutlich mehr.

Bisher funktioniert der Bakterienspeicher nur im Labor, aber eine Möglichkeit für die Zukunft könnte sein, Bakterien im Darm oder in Biotopen mit Sensoraufgaben zu betrauen.

Bildquelle: Geralt / pixabay