DNA als Datenspeicher: Neue Microsoft-Technologie ist Bestandteil von Covid-19 Impfstoffen

Unbemerkt von der Öffentlichkeit vollzieht Microsoft gerade ein technologischen Quantensprung.

Unbemerkt von der Öffentlichkeit vollzieht sich derzeit ein technologischer Quantensprung auf der Schnittstelle zwischen Informationswissenschaft und Biotechnologie. Der US-Konzern Microsoft hat DNA-verändernde Biotechnologien entwickelt, die bereits in allen gängigen COVID-19 Impfstoffen enthalten sind.

von Michael Klein

DNA besteht aus Nukleotiden oder Basen, aus vier Basen: Adenine, Cytosine, Guanine und Thymine (A, C, G oder T). Speichermedien, die derzeit im Handel sind, arbeiten auf Basis von binären Codes, kennen also nur die Werte 1 und 0. Die Idee, DNA als Speichermedium zu nutzen, setzt somit ein neues Coding voraus: 00 -> A; 01 -> C, 10 -> G und 11 -> T.

Jede Zelle im menschlichen Körper enthält ein menschliches Genom. Ein menschliches Genom besteht aus ca. 6 Milliarden Basenpaaren, die in 23 Chromosomen-Sets organisiert sind. In der DNA dieser Chromosome sind rund 1,6 Gigabytes an Information gespeichert. Jede menschliche Zelle enthält somit 1,6 Gigabyte an Daten. Alle Zellen im menschlichen Körper speichern rund 100 Zettabyte an Daten, mehr Daten als die Menschheit bislang in digitaler Form produziert hat.

Die Idee, DNA als Speicher für Daten zu nutzen, sie hat – wie man sieht – einen gewissen Appeal, denn DNA ist in der Lage, große Mengen von Information auf kleinstem Raum zu speichern, in 3-D. DNA ist extrem stabil, so dass technische Neuerungen wie der Sprung vom Floppy zur CD und zur DVD und die dabei entstehenden hohen Transformationskosten vermieden werden können, denn DNA kann gespeicherte Information über Jahrhunderte, wenn nicht Jahrtausende konservieren. Die Fortschritte auf dem Feld der Mikrobiologie haben zudem dazu geführt, dass es schnell und billig möglich ist, DNA zu kopieren. Die einzigen Probleme, die sich mit DNA als Speicher und aus technischer Sicht verbinden, sind das Schreiben der Daten in die DNA, das Speichern der Daten, das Auslesen der Daten und das Lesen der Daten. Alles Probleme, die zwischenzeitlich gelöst sind.

Die Idee, DNA als Speicher für Daten zu benutzen, ist bereit Ende der 1980er Jahre aufgekommen, Ende der 1990er Jahre war es bereits gelungen, Daten in DNA zu speichern. Fortschritte bei der Sequenzierung und der Synthese von DNA haben schließlich dazu geführt, dass DNA als Speichermedium erforscht und zu mittlerweile erstaunlicher Virtuosität entwickelt wurde. Von den 28 Basenpaaren, in denen Joe Davis im Jahre 1988 erfolgreich Information abgelegt hat (das Projekt trug den Namen “Microvenus”, für diejenigen, die es nachlesen wollen), hat sich die Forschung in geradezu Windeseile weiterentwickelt. 2016 gelang es Microsoft in Zusammenarbeit mit Luis Ceze und Karin Strauss von der University of Washington und in Zusammenarbeit mit Twist Bioscience, einem der wichtigsten Player im Feld, rund 1 Gigabyte an Daten aus Musik-Videos, Büchern aus dem Projekt Guttenberg und vieles mehr zu speichern und auszulesen. 2019 gelang es die komplette Wikipedia in DNA zu übertragen, und seit 2019 ist es Twist Bioscience möglich, lange Oligonukleotide zu synthetisieren und als Speichermedium zu nutzen. Dabei wird im Wesentlichen eine Phosphoramidit-Synthese durchgeführt, die Nukleinsäuren erzeugt. Das Verfahren ist der Polymerase Kettenereaktion, bei der ein Ausgangsstück DNA genutzt und verfielfältigt wird, insofern überlegen, als auf das Ausgangsstück DNA verzichtet werden kann. Statt dessen wird Silizium als Substrat genutzt, um DNA synthetisch zu erzeugen:

„Twist Bioscience has already developed a novel platform for manufacturing synthetic DNA on a massively parallel scale. Instead of synthesizing DNA on previous generation solid substrates such as plastic or glass bead reactors, Twist’s technology uses custom fabricated silicon wafers and synthesizes millions of unique oligonucleotide sequences in each synthesis run, with improved synthesis error rates and sequence uniformity over previous methods. Future generations of DNA synthesis technology are currently being developed specifically for the DNAbased digital storage applications to produce DNA on an even higher scale of throughput.“

Die Technik, um Information in DNA zu speichern, sie ist vorhanden. Fortschritte auf dem Gebiet des DNA-Sequenzierens, also beim LESEN von DNA, haben nicht nur dazu geführt, dass die Kosten entsprechender Verfahren von ein paar Milliarden US-Dollar auf ein paar 1000 US-Dollar gesunken sind, sie haben vor allem dazu geführt, dass Daten, die in DNA gespeichert werden, fehlerfrei und schnell wieder ausgelesen werden können. Verbesserungen, wie die oben beschriebene, bei der DNA Synthese, die Polymerase Kettenreaktion durch Phosphoramidit-Synthese ersetzt haben, haben zur Folge, dass es mittlerweile recht einfach ist, Daten in DNA zu speichern.

Mit anderen Worten, es gibt eine Technologie, die DNA synthetisch herstellen kann, die Daten in die synthetisch hergestellte DNA schreiben kann, diese Daten zielgenau auslesen kann und fehlerfrei wiederherstellen kann, damit sie gelesen werden können. Die Auslese erfolgt derzeit noch mit Polymerase-Kettenreaktion, mit der die Daten der Zielregion der DNA ausgelesen, vervielfältigt, sequenziert und dekodiert werden, um dann, nach Beseitigung von Fehlern gelesen werden zu können. Mit diesem Verfahren ist es Microsoft und Twist Bioscience gelungen, mehr als 1 Gigabyte an Daten nicht nur in DNA zu speichern, sondern auch fehlerfrei wieder auszulesen.

Diese Entwicklung spielt sich jenseits der Öffentlichkeit ab. Die Informationen sind zwar zugänglich, außer einem Beitrag in Forbes aus dem Jahre 2019 haben wir jedoch wenig Echo in den MS-Medien für die technologische Schallgrenze, die hier genommen wird, gefunden. Indes gehen, wie mit jeder Technologie, all die Vorteile, die Datenspeichern in DNA mit sich bringt, mit einer Reihe von Gefahren einher, denn wo es möglich ist, DNA zu verändern, Informationen in DNA zu speichern, bestimmte Informationen in DNA zu speichern, da ist der Schritt zur biologischen Waffe, zur Nutzung von DNA zur Kontrolle und Überwachung nicht sonderlich weit.  In einem seiner lichteren Momente hat Michel Foucault den Begriff der Biomacht geprägt:

„Bio-Macht wird als eine lebensschaffende Macht verkauft. Früher mussten Souveräne Macht durch Gewährung von Privilegien oder Abschöpfung von Gütern ausüben und hatten die Macht über den Tod. Heute maßen sich Regierungen die Macht über das Leben an. Das Ziel der neuen Machtform, der Biomacht, ist es, wie Lemke (2003: 2) schreibt, das „Leben zu verwalten, zu sichern, zu entwickeln und zu bewirtschaften“. Die Bio-Macht ist eine (auf den ersten Blick) lebensschaffende Macht, das Biologische daher das Feld, auf dem sich die Politiker tummeln. Das „Leben der Individuen“, so schreibt Magiros (1995: 99) “wird zu einem Bereich, der für bewusste Kalküle, für die politische Durchdringung, für Herrschaft und Kontrolle und Organisation ‚offen‘ geworden ist“. Die Modi, über die Herrschaft und Kontrolle ausgeübt werden sollen, sind Dressur und Disziplinierung. Erstere findet u.a. in Schulen statt, Letztere ist Gegenstand regulierender Kontrolle: „die Demographie wird zu einem wichtigen Wissens- und Machtgebiet, das Verhältnis von Ressourcen und Einwohnern bekommt sowohl in den Wissenschaften als auch in der Politik Gewicht, Fortpflanzung, Geburten- und Sterblichkeitsrate, Gesundheitsniveau und Lebensdauer werden zu den Variablen der Bevölkerung, die die Politik zu beeinflussen sucht“ (Magiros 1995: 99).

Im Kontext von Bio-Macht werden Menschen danach beurteilt, ob sie nützlich, gesund, wertvoll, und lebenstüchtig sind. Die Bio-Macht, so schreibt Foucault (1976: 112), sie droht nicht mehr mit dem Tod, wie dies feudale Herrscher getan haben, sie „verspricht das Leben“. Unter dem Versprechen des Lebens finden sich eine Vielzahl von instrumentellen Versprechen, z.B. das Versprechen der Freiheit und Freizügigkeit für diejenigen, die sich impfen lassen, die das neue Gesundheits-Regime genau in der Weise erfüllen, wie es die Möchtegern-Bio-Mächtigen für sie vorgesehen haben.

Dieses Versprechen, dem die meisten Menschen anheim fallen, ist der Nukleus der modernen Medizin. Regulierende Eingriffe in die Freiheit, vom Lockdown bis zum Verbot, in Gruppen zusammenzustehen oder dem Verbot, Vereinigungsfreiheit auszuüben, dienen zum einen der Legitimation der Bio-Macht mit ihrem Versprechen auf Leben (oder Vegetation, je nach Sichtweise), zum anderen sind sie die Mittel der Durchsetzung der Bio-Macht. Schon jetzt ist das Ansinnen von Politdarstellern darauf gerichtet, Menschen zu kontrollieren, sie ihrer individuellen Freiheit zu berauben, ihre Verhaltensweisen zu steuern.

Die beschriebenen Entwicklungen auf dem Gebiet des DNA-Speichers, die Möglichkeiten, die damit einhergehen, dass bestimmte Informationen, Informationen, die in menschlichen Zellen gelesen werden können, in DNA gespeichert und in menschlichen Organismen freigesetzt werden können, sie lassen so manche Dystopie der Überwachung verblassen, so manche düstere Vorahnung dessen, was einst menschliche Gesellschaft sein wird, in noch düstererer Vorahnung verschwinden. Eine Diskussion darüber, welche Grenzen des Einsatzes von DNA als Speicher von Information und somit, welche Grenzen der Programmierung von DNA gesetzt werden, scheint überfällig zu sein. Aus dem Text:

„Wir machen einen Einschnitt in die DNA, öffnen sie, fügen ein Gen ein, nähen die DNA wieder zu. Unsichtbares heilen, sagt Dr. Sandy Macrae, Präsident von Sangamo Therapeutics, des kalifornischen Unternehmens, das diese Strategie zur Heilung zweier Stoffwechselkrankheiten und von Hämophilie testet. Es wird dann Teil Ihrer DNA – für den Rest ihres Lebens.“ DNA-verändernde Technologien kommen offenkundig im Rahmen von COVID-19 Impfstoffen zum Einsatz:

Aus dem Text:

„We cut your DNA, open it up, insert a gene, stitch it back up. Invisible mending,” said Dr Sandy Macrae, president of Sangamo Therapeutics, the California company testing this strategy for two metabolic diseases and haemophilia. “It becomes part of your DNA and is there for the rest of your life.“

DNA-verändernde Technologien kommen offenkundig im Rahmen von COVID-19 Impfstoffen zum Einsatz:

Es ist an der Zeit, über die vielfältigen Neuerungen auf dem Gebiet des genetischen Veränderns menschlicher DNA, die bereits im Einsatz sind, zu diskutieren und öffentlich zu machen, welche Chancen und Risiken damit verbunden sind.