06.05.2021

DNA-Speicher aus Glas: Österreicher für Europäischen Erfinderpreis nominiert

2020 wurde die erste Episode der Netflix-Serie „Biohackers" - eine 100 MB große Videodatei - erfolgreich auf DNA gespeichert.
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Wendelin Stark und Robert Grass sind für ein Speicherverfahren auf Basis von DNA für den Europäischen Erfinderpreis nominiert. © Europäisches Patentamt
Wendelin Stark und Robert Grass sind für ein Speicherverfahren auf Basis von DNA für den Europäischen Erfinderpreis nominiert. © Europäisches Patentamt

Der Österreicher Robert Grass und der Schweizer Wendelin Stark haben einen kompakten Datenspeicher “für die Ewigkeit” entwickelt. Das Verfahren ist angelehnt an in Fossilien konserviertes Erbgut. Die beiden Forscher versiegeln Daten in DNA-Form in winzigen Glaskugeln. Als “synthetisches Fossil” können die Daten dann über Jahrtausende aufbewahrt werden. Dafür sind Grass und Stark nun für den Europäischen Erfinderpreis 2021 nominiert.

So groß wie ein USB-Stick

Der Europäische Erfinderpreis wird jährlich vom Europäischen Patentamt für herausragende patentierte Lösungen vergeben. Die Patentierung ermöglicht es, Forschung in die Anwendung in Unternehmen zu bringen. “Ein DNA-Speicher, so groß, wie ein USB-Stick. Darauf ist Erbgut für eine halbe Ewigkeit gespeichert, oder eine Million Netflix Folgen. Beides geht sich aus. Das finden sicher nicht nur Serien-Junkies genial“, sagt die österreichische Patentamtspräsidentin Mariana Karepova. „Robert N. Grass ist überzeugt, dass seine Erfindung bald vermarktet wird und von den Menschen genutzt wird. Genau deswegen steht sein Patent mit auf dem Podest.“

Herausforderung: DNA stabil machen

Grass und Stark forschen beide an der ETH Zürich, an der sie sich 2004 kennengelernt hatten. Sie beschäftigen sich seit Jahren mit der Fähigkeit von DNA zu Schreiben (Synthese) und zu Lesen (Sequenzierung). DNA kann so zusätzlich zur Speicherung genetischer Informationen zur Aufbewahrung von Daten genutzt werden. Digitale Daten werden in solchen Verfahren in eine Sequenz der vier DNA-Basenpaare umgewandelt. Lange war allerdings das Problem, dass ungeschützte DNA-Stränge nicht haltbar sind und sich zersetzen. „Die Herausforderung war klar: DNA stabil zu machen”, erklärt Grass. „Fossilien erwiesen sich als der richtige Weg. Daher untersuchten wir die chemische Struktur von Glasablagerungen auf der DNA, was uns schließlich zu der Verkapselungstechnologie führte.”

Daten 2.000 Jahre lagern

Mit der neuen Methode konnte das Team von Grass eine fehlerfreie Datenwiederherstellung nach einer einwöchigen Lagerung bei 70 °C erreichen. Dieser Zeitraum bei erhöhter Temperatur entspricht der Umwelteinwirkung von 2.000 Jahren Lagerung bei durchschnittlichen Temperaturen in Mitteleuropa. 2016 gründeten Grass und Stark das Spinoff Haelixa und 2018 wurde für ihre Erfindung das europäische Patent erteilt. Bisher wird ihr Glasspeicher vor allem zum Tracking etwa von Produkten eingesetzt, da die winzigen DNA-haltigen Partikel nahezu überall aufgebracht werden können. Bekannter wurde das Verfahren 2020, als die erste Episode der Netflix-Serie „Biohackers” – eine 100 MB große Videodatei – erfolgreich auf DNA gespeichert wurde.

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Digitale Exporte
(c) Viktor Stojkoski, Philipp Koch, Eva Coll, & César A. Hidalgo

“Die Entwicklung von Österreichs Exportwirtschaft ist eine Erfolgsstory, die ihresgleichen sucht” – so lautet der erste Satz im aktuellen Bericht “Österreichische Exportwirtschaft 2024/2025” der Wirtschaftskammer-Unterorganisation Außenwirtschaft Austria. Mit 201 Milliarden Euro Gesamtvolumen wurde 2023 ein neuer Rekord erzielt. Bei den Pro-Kopf-Exporten der Waren liegt Österreich auf Platz 8 in der Weltrangliste, innerhalb der EU sogar auf Platz 6.

EU weit hinter USA und China bei digitalen Exporten

Es besteht also kein Zweifel an der Stärke von Österreichs Exportwirtschaft. Doch die Sache hat einen Haken. Das legt eine diese Woche in “Nature Communications” publizierte Studie nahe, die von einem Forscher:innen-Team rund um EcoAustria Researcher Philipp Koch erstellt wurde. Die Kernaussage: Bei digitalen Exporten liegt die EU weit hinter den USA und China. Doch dieses Segment wächst schneller als der klassische Waren-Exportsektor.

Konkret übertrafen die digitalen Exporte der USA im Jahr 2021 laut Studie jene der EU-27 um mehr als das Zehnfache. 672 Milliarden US-Dollar stehen 48 Milliarden US-Dollar gegenüber. Auch China hat die EU-27 im selben Zeitraum um mehr als das Doppelte übertroffen (107 Mrd. US-Dollar). Forscher Philipp Koch nennt weitere Zahlen: “Österreich exportierte im Jahr 2021 weniger als 290 Millionen US-Dollar an digitalen Produkten. Das entspricht lediglich rund 1,1 Prozent der gesamten österreichischen Waren- und Dienstleistungsexporte”. Global betrachtet zeichnete im Jahr 2021 der digitale Handel mit knapp einer Billion US-Dollar für rund 3,5 Prozent des insgesamten Welthandels verantwortlich.

Digitale Exporte USA EU China
(c) Viktor Stojkoski, Philipp Koch, Eva Coll, & César A. Hidalgo 

Ökonomische und ökologische Vorteile

Die digitalen Exporte hätten jedoch sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile, führen die Studien-Autor:innen aus: “Länder, die Wirtschaftswachstum von Treibhausgasemissionen entkoppelt haben, tendieren zu höheren digitalen Exporten, was darauf hindeutet, dass der digitale Handel nachhaltigere Formen der wirtschaftlichen Entwicklung unterstützen kann.” Zudem seien digitale Produkte tendenziell von höherer wirtschaftlicher Komplexität als physische Produkte, was darauf hindeute, dass digitale Produkt-Exporte wertvolle Beiträge zur Weiterentwicklung einer Wirtschaft leisten.

Koch kommentiert: “Insgesamt sind gesteigerte digitale Exporte ein Schlüsselelement für das langfristige wirtschaftliche Wohlergehen von Österreich und Europa im globalen Markt. Die Ergebnisse unserer Studie unterstreichen einmal mehr die Notwendigkeit für Europa, den digitalen Sektor zu stärken und in digitale Infrastruktur zu investieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben”.

Tochterunternehmen erschweren Datenerfassung

Belastbare Daten zu den digitalen Exporten zu bekommen, gestaltete sich für die Studienautor:innen übrigens gar nicht so einfach. “Wenn jemand in Österreich beispielsweise ein Videostreaming-Abonnement des US-amerikanischen Anbieters Netflix kauft, ist dies eine internationale Handelstransaktion. Da Technologieunternehmen allerdings häufig lokale Tochtergesellschaften besitzen, die ihre Auslandstransaktionen verschleiern [Anm. siehe Vergleich in der Grafik], und der Handel von Dienstleistungen nicht sehr granular erfasst wird, gestaltete sich die Erfassung des internationalen Handels mit digitalen Produkten bislang schwierig”, heißt es von ihnen.

Durch den Einsatz von Machine Learning kombiniert mit Umsatzstatistiken von mehr als 15.000 Unternehmen sei es aber gelungen, bilaterale Handelsschätzungen für 31 Sektoren, 189 Länder und alle Jahre von 2016 bis 2021 zu erstellen.

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