16.12.2016 - Technische Universität Darmstadt

Erbgut im Angebot: Informatiker entwickeln Schutz für Genomdaten

Je besser Genomdaten erforscht sind, desto gezielter können Ärzte ihre Patienten künftig behandeln. Doch wie lassen sich diese hochsensiblen Daten vor Missbrauch schützen? Informatiker der Technischen Universität Darmstadt möchten sie so geschickt verschlüsseln, dass man dennoch mathematische Analysen mit ihnen durchführen kann.

Genomdaten sind unsere biologische Identität. Aus geerbten genetischen Varianten - den sogenannten SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) - lässt sich zum Beispiel herauslesen, ob wir ein erhöhtes Risiko aufweisen, an Krebs, Huntington Disease oder Parkinson zu erkranken. Für Lebensversicherungen oder Arbeitgeber ist dieses Wissen Gold wert. Forscher fürchten deshalb zu Recht, dass Genomdaten bereits im Internet gehandelt werden - ohne unser Wissen und Einverständnis.

Dennoch ist es keine gute Idee, die Nutzung der Daten generell zu verbieten. Sie sind Grundlage für eine personalisierte Medizin, mit der Ärzte künftig eine auf Patienten zugeschnittene Therapie anbieten können. Die Genomdaten liefern womöglich Hinweise darauf, ob jemand ein Medikament besonders gut vertragen wird oder ob eine bestimmte Therapie anschlagen wird.

Stefan Katzenbeisser und Kay Hamacher vom Profilbereich Cybersecurity (CYSEC) der TU Darmstadt möchten einerseits Genomdaten nutzbar machen und sie andererseits vor Missbrauch schützen. Ein Risiko besteht zum Beispiel immer dann, wenn Ärzte und Kliniken die Daten für die Forschung frei geben. Die Genomforschung ist auf leistungsstarke Rechner angewiesen, daher müssen IT-Dienstleister involviert werden, die mit Super-Computern die Daten durchforsten. "Wir benötigen also ein Verfahren, bei dem die Daten zwar verschlüsselt werden, bei dem aber dennoch nachträgliche Berechnungen möglich sind", sagt Katzenbeisser. "Der Dienstleister, der die Berechnung durchführt, darf keine Gelegenheit haben, die unverschlüsselten Daten einzusehen." Das Verfahren nennt sich homomorphe Verschlüsselung. Ein vereinfachtes Beispiel zeigt, wie es funktioniert: Zwei Zahlen werden als verschlüsselte Werte A und B an einen Dienstleister geschickt. Der Dienstleister multipliziert A und B und schickt das Ergebnis C zurück. Dabei kennt er weder A noch B noch C. Der Auftraggeber hingegen kann C wieder entschlüsseln und das Ergebnis im Klartext auslesen. Auf ähnliche Weise lassen sich auch komplexe Berechnungen durchführen.

Weil Genomdaten zudem aus großen Datensätzen bestehen, konzentrieren sich Forscher bei ihren Analysen meist auf die SNPs oder Mutationen der DNA. Das führt zu einem weiteren Sicherheitsrisiko: Der IT-Dienstleister könnte aus dem Zugriff auf die Sequenz schließen, woran die Forscher arbeiten. "Der DNA-String, den ich untersuche, gibt viel Preis darüber, mit welchen Krankheiten oder Wirkstoffen ich mich beschäftige", sagt Katzenbeisser. "Um dies zu verhindern, führen wir ein Täuschungsmanöver ein, das sogenannte Oblivious RAM. Dabei wird der physische Speicher bei der Datenbankabfrage ständig durcheinander gemischt. Niemand kann dann nachvollziehen, ob der Fragesteller mehrmals auf die gleichen Daten oder auf unterschiedliche Daten zugegriffen hat. Die Intention der Abfrage ist verschleiert."

Die Teams von Katzenbeisser und Hamacher möchten zunächst die Basistechniken für die kryptischen Verfahren entwerfen und dann Tools, mit denen sich die Verfahren fehlerfrei umsetzen lassen. Die Forschungen sind Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Sonderforschungsbereichs CROSSING und des vom Bundesforschungsministerium geförderten Schwerpunkts CRISP.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Genomforschung
  • Informatik
  • TU Darmstadt

Mehr über TU Darmstadt

  • News

    Protonen sind wohl tatsächlich kleiner als lange gedacht

    Vor einigen Jahren zeigte ein neuartiges Messverfahren, dass Protonen wohl kleiner sind als seit den 1990er Jahren angenommen. Dies überraschte die Fachwelt; manche Forschende glaubten sogar, das Standardmodell der Teilchenphysik müsse geändert werden. Physiker der Universität Bonn und der ... mehr

    Kleines Molekül steuert den Lungenkrebs

    Damit ein Tumor wachsen kann, müssen seine Zellen miteinander kommunizieren. Stört man die Kommunikation, kann dies den Tumor bekämpfen helfen. Die Arbeitsgruppe von Dr. Meike Saul an der Technischen Universität Darmstadt hat einen Mechanismus entdeckt, der maßgeblich zur zellulären Kommuni ... mehr

    Eine neue Forschungskooperation zwischen den USA und Deutschland zur effizienteren Produktion von grünem Wasserstoff

    Im Rahmen eines neuen Förderprogramms haben die U.S. National Science Foundation (NSF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) der University of Illinois Urbana-Champaign und der Technischen Universität Darmstadt einen dreijährigen Forschungszuschuss in Höhe von 720.000 Dollar (500.00 ... mehr

  • q&more Artikel

    Einsichten

    Eigentlich ist die Brennstoffzellentechnik schon „ein alter Hut“. Die erste Brennstoffzelle wurde von Sir William Grove 1839 entwickelt, der erste Brennstoffzellenstapel bereits 1842 der Öffentlichkeit präsentiert. Trotzdem verstaubte das innovative elektrochemische Konzept vorerst in der S ... mehr

    Makromolekulare Schlingpflanzen

    Eine Kurve, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, wird als ­(zylindrische) Helix bezeichnet. Ihre Bildung kann man sich als eine Überlagerung einer Trans­lations- mit einer Rotations­bewegung vorstellen, wobei bei gleich bleibendem Rotationssinn ein Wechsel ... mehr

    Kohlenstoff in 1-D, 2-D und 3-D

    Das Element Kohlenstoff sorgt wie kein anderes ­Element des Periodensystems der Elemente seit­ ­nunmehr als 25 Jahren in regelmäßigen Abständen für intensive Forschungsaktivitäten. War es Mitte der 80er-Jahre die Entdeckung der gezielten Synthese der sphärischen Allotrope des Kohlenstoffs, ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Katja Schmitz

    Katja Schmitz, geb. 1978, studierte Chemie in Bonn und Oxford und fertigte nach dem Diplom­abschluss 2002 ihre Promotion über Peptide, Peptoide und Oligoamine als molekulare Transporter in der Arbeitsgruppe von Ute Schepers im Arbeitskreis von Konrad Sandhoff an der Universität Bonn an. 200 ... mehr

    Constantin Voss

    Constantin Voss, geb. 1985, studierte Chemie an der Technischen Universität Darmstadt mit dem Abschluss Diplom-Ingenieur. Seine Diplomarbeit mit dem Titel „Synthese von funktionali­sierten Distyrylpyridazinen für die Fluoreszenz­diagnostik“ fertigte er 2011 im Arbeitskreis Prof. Boris Schmi ... mehr

    Prof. Dr. Boris Schmidt

    Boris Schmidt, geb. 1962, studierte Chemie an der Universität Hannover und am Imperial College in London. Nach seiner Promotion 1991 an der Universität Hannover lehrte er bis 1994 am Uppsala Biomedical Centre und forschte zwischenzeitlich als DFG-Stipendiat im Rahmen eines Post-Doc-Aufentha ... mehr

Meistgelesene News

  1. Batterien ohne kritische Rohstoffe
  2. Neue Omikron-Untervariante BQ.1.1 resistent gegen alle therapeutischen Antikörper
  3. Knotenzentrische Genexpressionsmodelle (NCEMs): Graph Neural Networks enthüllen Kommunikation zwischen Zellen
  4. Genaue Molekülstruktur eines der wichtigsten Rezeptoren im Immunsystem entschlüsselt
  5. Studie zeigt: Nudelabfälle eignen sich sehr gut für Milchsäureproduktion
  6. Neue Methode revolutioniert Krebsdiagnose
  7. Chemie-Nobelpreis 2022 für die Entwicklung der Click-Chemie und der bioorthogonalen Chemie
  8. Das älteste Labortier der Welt
  9. Langlebiger, kostengünstiger Katalysator reduziert den Kohlenstoff-Fußabdruck der Ammoniakproduktion
  10. Rätsel der Festkörperphysik gelöst

Themen A-Z

Alle Themen

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: