Lange ging ihr Nutzen außerhalb der Medizin kaum über Vaterschaftstests und Verbrechersuche hinaus – jetzt machen Forscher aus der DNA ein vielseitiges Werkzeug. Möglich wird das durch die besondere Struktur des Erbgutmoleküls. Die DNA – das ist das englische Kürzel für Desoxyribonukleinsäure – besteht aus einer sogenannten Doppelhelix: zwei langen Strängen, auf denen vier verschiedene Bausteine im Abstand von weniger als einem Millionstel Millimeter angeordnet sind – die Nuklein-Basen Adenin (A) und Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Biochemiker können diese Doppelhelix aufspalten, sie gezielt teilen und sogar komplette DNA-Stränge nach eigenen Vorgaben erzeugen. Einsetzen können sie diese zum Beispiel im Kampf gegen Produktpiraten oder, um Medikamente durch den menschlichen Körper zu transportieren.

Daten speichern

Die DNA ist ein idealer Datenspeicher. Noch 60.000 Jahre nach dem Aussterben der Mammuts können deren Erbinformationen aus tiefgefrorenen Überresten ausgelesen werden. Bioingenieure machen sich diesen langlebigen Speicher zunutze, um gezielt Daten in künstlichen Erbgutmolekülen unterzubringen. Nick Goldman vom Europäischen Bioinformatik-Institut zum Beispiel verwandelt dazu jedes zu speichernde Byte in eine fünfstellige Kombination aus den DNA-Basen A, T, C und G. Die am Computer ermittelte Abfolge wird anschließend synthetisch hergestellt. So hat Goldman bereits, wie er jetzt im Fachblatt Nature berichtet, 739 Kilobyte Daten gespeichert, darunter alle 154 Shakespeare-Sonette und eine Audiodatei mit Martin Luther Kings berühmter Rede "I Have a Dream". Um die Daten auszulesen, wird das künstliche Genom einfach sequenziert – auch das gelang Goldman ohne Probleme. Mit der Technik ließe sich etwa die Datenmenge, die am europäischen Beschleunigerlabor Cern auf vielen Hundert Magnetbändern gespeichert ist, in 41 Gramm DNA unterbringen. Heute wäre das allerdings noch sehr teuer: Das Speichern und Auslesen von einem Megabyte kostet rund 10.000 Euro.

Gezielt Medikamente geben

Je nachdem, wie die einzelnen Basen aufeinander folgen, faltet sich die DNA zu verschiedenen Formen zusammen. Inzwischen verstehen Biologen nicht nur, welche Abfolge zu welchen Formen führt, sie können die Stränge auch gemäß eigenen Wünschen falten. "DNA-Origami" nennt das der Erfinder Paul Rothemund vom California Institute of Technologie. Er schummelt allerdings ein wenig: Er hält sich nicht an die Regel der klassischen Faltkunst, nach der man mit einem einzigen Bogen Papier auskommen muss. Zusätzlich zu dem langen Einzelstrang, der sich selbst zurechtfalten soll, gibt er weitere DNA-Fragmente in eine Lösung. Die beiden Enden der zusätzlichen Stränge sind dabei so konzipiert, dass sie an zuvor definierten Stellen des großen Strangs festmachen können. Stabilisierende Querverbindungen entstehen. So erzeugen Bioingenieure mittlerweile sogar winzige DNA-Container, die Medikamente aufnehmen, sie zu Tumorzellen transportieren und dort gezielt freigeben können.

Lebensmittel kontrollieren

Abgepacktes Fleisch im Supermarkt zu identifizieren ist kein Problem: Einfach die Packung über den Scanner ziehen, und schon spuckt die Kasse die Bezeichnung aus. Eine Garantie dafür, was unter der Frischhaltefolie steckt, bietet das allerdings nicht. Auch hier hilft eine Art Strichcode – tief versteckt im Gewirr der DNA. Dort haben kanadische Biologen bereits 2003 eine Region mit 648 Basenpaaren entdeckt, die bei fast allen Lebewesen verschieden ist. Von mehr als 150.000 Arten hat das Projekt International Barcode of Life bereits die passenden Strichcodes gesammelt, bis zum Jahr 2015 sollen es 500 000 sein. Deren einzigartige Signatur kann jederzeit mit dem Code unbekannter Produkte verglichen werden. Die New Yorker Zollbehörde nutzt diese Technik bereits. Dank verfeinerter Methoden, wie sie etwa vom Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Schmallenberg eingesetzt werden, lassen sich sogar Bestandteile in Lebensmitteln identifizieren, die nur 0,5 Prozent des Produkts ausmachen. Allerdings dauert das Scannen pro Produkt einen Arbeitstag und kostet zwischen 250 und 400 Euro.