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Gespeichert für die Ewigkeit

19.06.2021 • 20:00 Uhr / 8 Minuten Lesezeit
Der Vorarlberger Chemieingenieur Robert Grass (r.) mit seinem Schweizer Kollegen Wendelin Stark. Die beiden Forscher wurden mit dem Europäischen Erfinderpreis ausgezeichnet. <span class="copyright">Europäisches Patentam</span>t
Der Vorarlberger Chemieingenieur Robert Grass (r.) mit seinem Schweizer Kollegen Wendelin Stark. Die beiden Forscher wurden mit dem Europäischen Erfinderpreis ausgezeichnet. Europäisches Patentamt

Vorarlberger Robert Grass speichert Daten in DNA und Glas.

Die DNA ist der Code, der unser Leben programmiert. Die gesamte Erb­information lebender Zellen und Organismen ist in ihr enthalten. Die Idee, die DNA auch für die Datenspeicherung in technischen Systemen zu verwenden, kam bereits kurz nach ihrer Entschlüsselung durch die Molekularbiologen James Watson und Francis Crick in den 1950er-Jahren auf. Erste Experimente in diese Richtung gab es um die Jahrtausendwende.

Der aus Lochau stammende Chemieingenieur Robert Grass und sein Schweizer Kollege Wendelin Stark haben nun ein wesentliches Problem in der Anwendbarkeit von DNA als Speichermedium gelöst – die Haltbarkeit. Um die künstlich erzeugten Basenketten vor dem Zerfall zu schützen, schließen die Chemiker diese in winzig kleine Glaskügelchen ein, die sich später wieder auflösen lassen. Dafür wurde das Wissenschaftler-Duo am Donnerstagabend mit dem Europäischen Erfinderpreis 2021 in der Kategorie „Forschung“ ausgezeichnet.

Eine Ehre

„Das ist wirklich eine große Ehre für uns“, freut sich Grass, der als leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter und Titularprofessor an der ETH Zürich tätig ist. Der 41-Jährige weist darauf hin, dass viele spannende und wichtige Erfindungen zur Diskussion standen, deshalb sei es „eine ganz besondere Anerkennung, dass unsere Arbeit für den Preis ausgewählt wurde“. Von der internationalen Jury kam großes Lob. Die Mitglieder bezeichneten die Erfindung als „echten Fortschritt, um die von uns produzierten Informationen haltbarer zu machen“, sie verspreche zudem Anwendungen in einer Vielzahl von Produkten.

Für die Konservierung der DNA-Stränge nahm sich das Forscherteam die Natur zum Vorbild. Denn geschützt in Knochen oder Zähnen, bleibt die Erbsubstanz mitunter über mehrere Hunderttausend Jahre erhalten. „Wir verwenden stattdessen Glas, dass wir durch einen chemischen Trick um die DNA wachsen lassen“, erklärt Grass. Der Wissenschaftler und sein Team haben errechnet, dass die DNA etwa 1000 Jahre erhalten bleibt. Um die Daten freizulegen und auslesen zu können, werden die Glaskügelchen, deren Durchmesser bis zu 10.000 Mal kleiner ist als ein Blatt Papier, mit einer Fluoridlösung behandelt.

Das neuartige Speichermedium ist dabei nicht nur schier endlos haltbar, sondern auch immens aufnahmefähig. Hochgerechnet ließen sich in ein Gramm DNA 250 Exabyte speichern, das sind 250 Millionen Terabyte. Ein Terabyte ist derzeit ein gängiges Speichervolumen für eine einzige Festplatte. Ein Kilogramm DNA könnte damit wohl sämtliche Datenspeicher der Welt ersetzen.

Zur Person:
Robert Grass

ist leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter und Titularprofessor am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften an der ETH Zürich

Geboren: 5. Dezember 1979 in Bregenz

Ausbildung: Studium der Chemie­ingenieurwissenschaften an der ETH

Familie: verheiratet, drei Kinder

Hobbys: Rennradfahren, Rudern

Codiert in der Abfolge von vier Erbgutbasen lassen sich in DNA gigantische Datenmengen auf kleinstem Raum speichern – fälschungssicher und für sehr lange Zeit.<br><span class="copyright">Europäisches Patentamt</span>
Codiert in der Abfolge von vier Erbgutbasen lassen sich in DNA gigantische Datenmengen auf kleinstem Raum speichern – fälschungssicher und für sehr lange Zeit.
Europäisches Patentamt

Lehrer entfachte Faszination

Robert Grass hatte immer schon ein Faible für die Naturwissenschaften. Das Klischee eines Forschers, der schon als kleiner Bub mit einem Chemiebaukas­ten experimentierte, erfüllt der 41-Jährige allerdings nicht. Ein Lehrer im Gymnasium habe seine Begeisterung für die Chemie entfacht. „Er zeigte gern Filme. Bei einem ging es um die Stahlproduktion, das weiß ich noch. Die angewandte Chemie hat mich immer schon fasziniert“, erzählt Grass. Das Studium an der ETH Zürich habe ihm im ersten Jahr noch etwas Mühe bereitet. „Ich musste einige Wissenslücken schließen. Das österreichische Bildungssystem ist ja doch ein wenig anders als das schweizerische.“

Angetan zeigt sich Grass vom sozialen Aspekt des Chemiestudiums. „Im Gegensatz zu anderen Fächern verbringt man mit den anderen Studenten sehr viel Zeit im Labor. Man ärgert sich, dass etwas nicht funktioniert, und hilft sich gegenseitig.“ Im Jahr 2007 promovierte Grass mit einer Arbeit zum Thema Nanopulversynthese und -anwendung. Er war damals der erste Doktorand seines heutigen Forscherkollegen Wendelin Stark.

Wissenschaft trifft auf Musik

Wie gut ihre patentierte Technologie funktioniert, haben Grass und Stark in den vergangenen Jahren des Öfteren medienwirksam präsentiert. Sie verewigten etwa den Schweizer Bundesbrief von 1291 im DNA-Format, 2018 das legendäre Album „Mezzanine“ der britischen Band Massive Attack. „Das Management der Band kam damals auf uns zu. Sie wollten was Besonderes haben zum 20-jährigen Jubiläum der Platte. Die Übergabe fand vor ihrem Konzert in Montreux statt. Das hatte schon was“, erinnert sich Grass. Im Vorjahr speicherten die Wissenschaftler dann die erste Episode der Netflix-Serie „Biohackers“ als 100 MB große Videodatei auf DNA.

Spin-offs

Vermarktet wird das DNA-Speicherverfahren von der Haelixa AG, einem von den beiden Erfindern mitgegründeten Spin-off der ETH Zürich. Neben der Datenspeicherung kann die Erfindung auch zur Kennzeichnung von Produkten wie Edelsteinen und Biobaumwolle verwendet werden. „Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bestimmte Kenndaten –wie Herkunft oder Arbeitsbedingungen – während der gesamten Lieferkette nachverfolgt werden können“, erklärt Grass. Seit Kurzem wird der DNA-Barcode auch bei Gold eingesetzt, die Lebensmittelbranche habe ebenfalls bereits Interesse bekundet. „Unsere Vision ist, dass wir zukünftig eine Welt haben, in der das Lesen und Schreiben von DNA viel alltäglicher ist“, sagt Grass.
In den nächsten sechs Monaten arbeitet der Wissenschaftler gemeinsam mit Studierenden und Doktoranden der ETH Zürich die halbe Woche im Wallis, um das Schweizer Chemie- und Pharmaunternehmen Lonza bei der Produktion des Moderna-Impfstoffs zu unterstützen. Lonza hatte Fachkräftemangel angemeldet, worauf sich kurzerhand der Bund einschaltete und unter anderem bei den Universitäten nachfragte. Grass bezeichnet es als „sehr spannend“, in seiner Arbeit „so direkt mit den Problemen von heute zu tun zu haben“. Schon vor einem Jahr beschäftigte sich der Titularprofessor mit dem Thema Corona. Gemeinsam mit Studierenden entwickelte er damals kurzfristig ein Sauerstoffgerät, das mit relativ einfachen Mitteln nachgebaut werden konnte.

Urlaub in Vorarlberg

Zwei- bis dreimal im Jahr macht Grass mit seiner Familie Urlaub in Bregenz. „Es verbindet mich nach wie vor sehr viel mit Vorarlberg, Es ist meine Heimat. Meine Eltern und meine Schwester wohnen in Bregenz, und wir kommen immer wieder gerne an den See“, erzählt er. Auch zu seinen früheren Kollegen vom Ruderverein Wiking Bregenz hat er noch Kontakt. Rudern tut Grass noch immer gern, allerdings macht er das jetzt meistens auf der Limmat in Zürich, wo er nun schon seit mehr als 20 Jahren lebt.

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