21.06.2021 - European Patent Office (EPO) / Europäisches Patentamt (EPA)

Langzeitdatenspeicherung mit versiegelter DNA

Robert Grass und Wendelin Stark erhalten Europäischen Erfinderpreis 2021 in der Kategorie „Forschung": Technologie inzwischen über ETH Spin-Off kommerzialisiert

Das Europäische Patentamt (EPA) hat heute den österreichischen Forscher Robert N. Grass und seinen Schweizer Kollegen Wendelin Stark mit dem Europäischen Erfinderpreis 2021 in der Kategorie „Forschung" ausgezeichnet. Ihre Verkapselungstechnologie, mit der im genetischen Code gespeicherte Daten in winzigen Glaskugeln eingeschlossen werden, bietet eine neuartige Methode der Informationsspeicherung und liefert einen robusten DNA-Barcode für den Einsatz in Lieferketten.

„Die bemerkenswerte interdisziplinäre Forschung von Grass und Stark hat zu einer Erfindung geführt, die das Potenzial hat, die langfristige Speicherung von Daten ganz neu zu gestalten", sagt EPA-Präsident António Campinos. „Da die Digitalisierung fast jeden Aspekt der Gesellschaft verändert, ist diese Innovation ein echter Fortschritt, um die von uns produzierten Informationen haltbarer zu machen. Sie verspricht zudem Anwendungen in einer Vielzahl von Produkten."

Der Europäische Erfinderpreis wurde dieses Jahr im Rahmen einer digitalen Veranstaltung verliehen und war damit zum ersten Mal für die breite Öffentlichkeit zugänglich, die sich aus der ganzen Welt zuschaltete. Der Preis ist einer der renommiertesten Innovationspreise Europas und wird jährlich vom EPA verliehen, um herausragende Erfinder aus Europa und der ganzen Welt auszuzeichnen, die einen außergewöhnlichen Beitrag für die Gesellschaft, zu technologischem Fortschritt und Wirtschaftswachstum geleistet haben. Die Finalisten und Gewinner in fünf Kategorien (Industrie, Forschung, KMU, Nicht-EPO-Staaten und Lebenswerk) wurden von einer unabhängigen internationalen Jury ausgewählt.

Inspiriert von der Natur: Langzeitdatenspeicherung mit versiegelter DNA

Robert Grass und Wendelin Stark, die am Departement für Chemie und Angewandte Biowissenschaften der ETH Zürich zusammenarbeiten, haben vor allem eines gemeinsam: Sie denken wie Ingenieure und wollen Technologien mit medizinischem oder biologischem Schwerpunkt in praktische Erfindungen umsetzen. Besonders faszinierte sie die Synthese und Sequenzierung von DNA und die Erkenntnis, dass DNA - neben der Speicherung der genetischen Informationen - auch genutzt werden kann, um andere Formen von Daten zu speichern. Eine zentrale Herausforderung war dabei jedoch die Tatsache, dass ungeschützte DNA-Stränge durch den Kontakt mit Wasser, Luft oder Hitze schnell chemisch zersetzt werden. Für die Lösung dieses Problems ließen sich die beiden Forscher von Fossilien inspirieren, in denen DNA-Stücke über Hunderttausende von Jahren konserviert sind. Unter Starks Leitung gelang es dem Team von Grass mithilfe einer Synthesetechnik des ETH-Kollegen Reinhard Heckel, synthetische DNA in winzige Glaspartikel einzuschließen, die bis zu 10.000 Mal dünner sind als ein Blatt Papier. Diese nicht-porösen künstlichen „Glasfossilien" schützen die DNA vor ätzenden Substanzen und Temperaturschäden. Die DNA kann später leicht wiedergewonnen werden, indem die Partikel mit einer Fluoridlösung behandelt werden, die das Glas auflöst, ohne dabei jedoch die Information zu beschädigen.

Die ETH Zürich meldete auf die Erfindung von Grass und Stark ein europäisches Patent an, das 2018 erteilt wurde. Mit dessen Hilfe und weiterer Patente haben Grass und Stark die Technologie inzwischen über das ETH Spin-Off-Unternehmen Haelixa kommerzialisiert. Das Unternehmen ist eines von mehreren Spin-Offs der Universität, die von den Forschern mitgegründet wurden.

Die gläsernen „Fossilien" haben sich als robuster Barcode für Nachverfolgungszwecke bewährt: Die winzigen DNA-haltigen Partikel können auf ein Produkt oder eine Substanz aufgebracht und später zur Verifizierung abgerufen werden. Die Technik wurde bereits eingesetzt, um unterirdische Wasserflüsse zu verfolgen und Produkte in Lieferketten nachzuverfolgen. Auch das Datenspeicherungspotenzial der Erfindung rückt zunehmend in den Vordergrund. 2018 wurde das 15 MB große Album „Mezzanine" der Gruppe Massive Attack in Stränge synthetischer DNA kodiert und im DNA-Format in einer Sprühdose mit rund einer Million DNA-Kügelchen wiederveröffentlicht. Grass und Stark haben die Zukunft fest im Blick und arbeiten derzeit daran, DNA-Speicher für alle verfügbar zu machen und ihre Spitzenforschung in eine alltägliche, erschwingliche Technologie zu verwandeln.

„Wir stellen uns in nicht allzu ferner Zukunft eine Welt vor, in der das Lesen von DNA eine Alltagsanwendung ist", sagt Grass. „In dem Umfeld, in dem wir arbeiten, ist das Lesen und Schreiben von DNA so, als würde man einen Stift und Papier nutzen - ein ganz alltägliches Medium, mit dem Menschen leicht umgehen könnten." Stark weist besonders auf die Quelle der Inspiration für ihre Technologie hin: „Die Natur ist etwas Wunderbares und wir sind immer wieder fasziniert von ihrer Genialität."

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