Wissenschaft

Europäischer Erfinderpreis: Vorarlberger Chemiker nominiert

Der aus Bregenz stammende Chemiker Robert Grass ist gemeinsam mit seinem Kollegen Wendelin Stark für den Europäischen Erfinderpreis 2021 nominiert. Die beiden Forscher von der ETH Zürich haben ein Verfahren zur Datenspeicherung entwickelt, die Jahrtausende überdauert.

Die beiden wurden unter 400 vorgeschlagenen Kandidaten von einer internationalen Jury ausgewählt. Grass und Stark sind Finalisten in der Kategorie „Forschung“. Dort konkurrieren sie gegen ein italienisch-dänisches Erfinderteam, das magnetische Nanopartikel für die Diagnose von Krankheiten entwickelt hat, sowie gegen ein französisches Team, das ein neues medizinisches Ultraschall-Bildgebungsverfahren mittels Scherwellen erfunden hat.

Speichermedium DNA

Die Natur hat mit der Erbsubstanz DNA ein ausgeklügeltes Speichermedium geschaffen. In dieser Form tragen Lebewesen ihre Bau-und Betriebsanleitung in sich. So wie Daten im Binärcode etwa auf einer Festplatte gespeichert werden, können sie auch in einen genetischen Code umgewandelt werden. Der besteht dann aus einer entsprechenden Sequenz der vier DNA-Basenpaare (Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin). Das Verlockende am Speichermedium DNA ist, dass große Datenmengen auf kleinstem Raum verstaut werden können.

Beschreibung: Chemiker Robert Grass (r.) und sein Kollege Wendelin Stark (l.)
 Verwendungshinweis: Das Bildmaterial darf ausschließlich im redaktionellen Zusammenhang mit der dazu gehörigen Textmeldung und unter Nennung der Bildquelle verwendet werden.
~

 Fotograf : HEINZ TROLL
 Ort : Wien
 Foto-/Videocredit: HKT
APA/EPA/EUROPÄISCHES PATENTAMT/HKT
Chemiker Robert Grass (r.) und sein Kollege Wendelin Stark (l.)

Fossilien als Vorbild

Um das Problem zu umgehen, dass sich ungeschützte DNA-Stränge sehr schnell zersetzen, sobald sie Wasser, Luft und Hitze ausgesetzt sind, ließen sich Grass und Stark für ihre Lösung von Fossilien inspirieren. So kann die Erbsubstanz von Tieren oder Menschen sehr lange etwa in Knochen oder Zähnen überdauern. „Erst heuer ist eine Arbeit erschienen, die gezeigt hat, dass DNA über eine Million Jahre stabil ist in Fossilien. Wir haben versucht, chemisch so ein Fossil nachzustellen“, so der 41-jährige Grass im Gespräch mit der APA.

Informationen in kleinen Glaskügelchen

Dazu haben die beiden Chemiker synthetische DNA in winzige Glaskügelchen eingeschlossen, die rund 100 Nanometer klein und damit bis zu 10.000 mal dünner sind als ein Blatt Papier. So kann die DNA vor Korrosion und Temperatureinflüssen geschützt werden. Bei Bedarf kann das Glas mit einer Fluoridlösung wieder aufgelöst und die Information auf dem DNA-Strang mittels Sequenzierung ausgelesen werden.

DNA-Codes um Musikalbum zu archivieren
ETH Zürich/Robert Grass
Die ersten Sequenzen, um ein Musikalbum langfristig zu speichern

Die Forscher lagerten derart verpackte DNA eine Woche lang bei 70 Grad Celsius, was ihren Angaben zufolge Umwelteinwirkungen von rund 2.000 Jahren bei durchschnittlichen Temperaturen in Mitteleuropa entspricht, und konnten anschließend die Daten fehlerfrei wiederherstellen.

Musik auf DNA archiviert

Wie gut ihre Technik funktioniert, haben Grass und Stark in den vergangenen Jahren immer wieder publikumswirksam präsentiert. 2018 archivierten sie das Album „Mezzanine“ der britischen Band Massive Attack 20 Jahre nach dessen Erscheinen in DNA-Form und verpackten diese in Glas. Sie codierten dazu eine 15 Megabyte (MB) große Datei in Stränge synthetischer DNA – mehr dazu in Forscher archivieren Musikalbum auf DNA (science.ORF.at). Im Vorjahr speicherten sie die erste Episode der Netflix-Serie „Biohackers“ als 100 MB große Videodatei auf DNA.

Noch sind die Kosten für das Schreiben und Speichern größerer Datenmengen zu hoch. Doch die Kügelchen mit DNA-Füllung lassen sich vielfältig einsetzen. So kann man damit etwa als digitale Signatur Produkte in Lieferketten verifizieren oder Produktfälschungen entlarven. Grass nennt etwa die Möglichkeit der Rückverfolgung von Edelsteinen oder Textilien zu ihren Fairtrade-Produzenten als Einsatzgebiete.

Das Duo Grass und Stark

Robert Grass wurde am 5. Dezember 1979 in Bregenz geboren. Er studierte Chemieingenieurwesen an der Eidgenössisch Technischen Hochschule (ETH) Zürich, wo er seinen Doktorvater Wendelin Stark kennenlernte. 2007 hat er mit einer Arbeit zum Thema Nanopulversynthese und -anwendung an der ETH promoviert.

Mit seiner Expertise gründete er im selben Jahr die ETH Spin-Off Firma TurboBeads, mit der er erfolgreich oberflächenfunktionalisierte Nanomaterialien kommerzialisierte, die neuartige kommerzielle bioanalytische Werkzeuge ermöglicht haben, und in weiterer Folge die hemotune AG. 2016 war er Mitbegründer der ETH Spin-Off Firma Haelixa AG, in deren Zentrum die glasverkapselte DNA-Speichermethode steht. Seit 2017 ist Grass, der 13 europäische Patente hält, Titularprofessor am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften an der ETH Zürich.

Preisverleihung in 3-D

Der Europäische Erfinderpreis wird heuer zum 15. Mal vom Europäischen Patentamt (EPA) in den fünf Kategorien Industrie, Forschung, kleine und mittlere Unternehmen (KMU), Nicht-EPA-Staaten sowie Lebenswerk vergeben. In jeder dieser Kategorien gibt es drei Nominierungen. Zudem wird ein Publikumspreis vergeben, über den das Publikum per Online-Votum im Internet abstimmen kann. Mit der Auszeichnung sollen herausragende Erfinderinnen und Erfinder für ihre außergewöhnlichen Beiträge zu Technologie, Gesellschaft und Wirtschaft geehrt werden.

Verliehen wird der Preis am 17. Juni bei einer Online-Gala. Erstmals in der Geschichte des Europäischen Erfinderpreises wird die Verleihung 2021 in einem Augmented-Reality-Format mit 3D-Animation stattfinden. Für die digitale Veranstaltung ist keine Voranmeldung erforderlich, sodass Publikum aus der ganzen Welt den Weg von fünfzehn außergewöhnlichen Menschen mitverfolgen kann.