Herausforderungen bei der Genomspeicherung: Wohin werden Millionen von Genomdaten gehen?

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  Quantumrun-Vorausschau
• 24. April 2023

Die Genomindustrie hat bedeutende Erfolge erlebt, die zur Produktion großer Mengen von DNA-Sequenzierungsdaten geführt haben. Aufgrund des Mangels an ausreichenden Werkzeugen kann es für Wissenschaftler schwierig sein, diese Daten zu analysieren und vollständig zu nutzen. Cloud Computing könnte dieses Problem lösen, indem es Wissenschaftlern ermöglicht, über das Internet auf Daten zuzugreifen und diese zu verarbeiten.

Die Genomspeicherung fordert den Kontext heraus

Der Einsatz von Genomik in der Arzneimittelentwicklung und der personalisierten Gesundheitsversorgung hat aufgrund der gesunkenen Kosten für die DNA-Sequenzierung erheblich zugenommen. Das erste sequenzierte Genom dauerte 13 Jahre und kostete rund 2.6 Milliarden US-Dollar, aber im Jahr 2021 ist es möglich, das Genom einer Person in weniger als einem Tag für weniger als 960 US-Dollar sequenzieren zu lassen. Bis 100 sollen im Rahmen verschiedener Genomik-Projekte über 2025 Millionen Genome sequenziert worden sein. Sowohl pharmazeutische Unternehmen als auch nationale Populationsgenomik-Initiativen sammeln große Datenmengen, von denen erwartet wird, dass sie weiter wachsen. Bei richtiger Analyse und Interpretation haben diese Daten das Potenzial, den Bereich der Präzisionsmedizin erheblich voranzubringen.

Eine menschliche Genomsequenz erzeugt rund 200 Gigabyte an Rohdaten. Wenn es der Life-Sciences-Industrie gelingt, bis 100 2025 Millionen Genome zu sequenzieren, wird die Welt über 20 Milliarden Gigabyte an Rohdaten gesammelt haben. Es ist möglich, eine so große Datenmenge teilweise durch Datenkomprimierungstechnologien zu verwalten. Unternehmen wie Petagene mit Sitz im Vereinigten Königreich sind darauf spezialisiert, die Größe und die Speicherkosten von Genomdaten zu reduzieren. Cloud-Lösungen können Speicherprobleme lösen und die Kommunikations- und Reproduktionsfähigkeiten verbessern. 

Größere Pharmaunternehmen gehen jedoch keine Risiken bei der Datensicherheit ein und bevorzugen eine interne Infrastruktur für Speicherung und Analyse. Durch die Einbeziehung von Techniken wie Datenföderation wird dieses Risiko verringert, indem Computer in verschiedenen Netzwerken zusammenarbeiten können, um Daten sicher zu analysieren. Unternehmen wie Nebula Genomics führen außerdem die Gesamtgenomsequenzierung ein, die auf einer Blockchain-basierten Plattform platziert werden soll, damit Benutzer kontrollieren können, mit wem ihre Daten geteilt werden, und die Organisation auf anonymisierte Daten zugreifen kann, um Gesundheitstrends zu verstehen.

Störende Wirkung 

Die Herausforderungen bei der Speicherung genomischer Daten werden wahrscheinlich viel mehr Unternehmen dazu ermutigen, auf Cloud-Computing-Lösungen umzusteigen, um hohe Kosten für die IT-Infrastruktur im Voraus zu vermeiden. Da immer mehr Speicheranbieter darum konkurrieren, ihre Lösungen in der Branche hervorzuheben, werden die mit diesen Diensten verbundenen Kosten wahrscheinlich sinken, und in den 2030er Jahren werden neue genomspezifische Technologien auf den Markt kommen. Obwohl große Unternehmen zunächst zögern werden, werden sie wahrscheinlich die Vorteile neuerer, sicherer Cloud-Computing-Techniken erkennen und damit beginnen, sie einzusetzen. 

Andere mögliche Lösungen können Data Lakes umfassen, ein zentrales Repository, das die Speicherung aller strukturierten und unstrukturierten Informationen in jeder Größenordnung ermöglicht. Data Warehousing, das die Zentralisierung von Informationen aus mehreren Quellen in einem einzigen, integrierten System beinhaltet, kann ebenfalls eine praktikable Methode zur Speicherung und Verwaltung großer Mengen genomischer Daten sein. Spezialisierte Datenverwaltungssysteme bieten erweiterte Funktionen wie Sicherheit, Governance und Integration. In manchen Fällen kann es notwendig sein, genomische Daten lokal auf hauseigenen Servern zu speichern. Diese Option kann für kleine Projekte oder Organisationen mit spezifischen Datensicherheitsanforderungen geeignet sein.

Es ist zu erwarten, dass auch Blockchain-basierte Lösungen eine breite Anwendung finden werden. Ein großer Vorteil der Verwendung dieser Technologie besteht darin, dass Einzelpersonen das Eigentum an ihren genomischen Daten behalten können. Diese Funktion ist wichtig, da diese Informationen hochsensibel sind und Einzelpersonen die Kontrolle darüber haben sollten, wie sie verwendet und weitergegeben werden.

Auswirkungen von Herausforderungen bei der Genomspeicherung

Weitere Auswirkungen der Herausforderungen bei der Genomspeicherung können Folgendes umfassen:

• Neue Möglichkeiten für Cyberkriminelle, wenn Genomspeichersysteme nicht ausreichend sicher gemacht werden.
• Druck auf Regierungen, strengere Richtlinien für die Nutzung und den Schutz genomischer Daten einzuführen, insbesondere die Einholung von Einwilligungen.
• Beschleunigter Erfolg bei der Entwicklung von Arzneimitteln und Therapien, sobald die technischen Herausforderungen bei der Analyse riesiger genomischer Datenbanken gelöst sind.
• Eine wachsende Zahl von Cloud-Dienstanbietern, die spezialisierte Produkte und Dienste für Genomdaten und wissenschaftliche Forschung entwickeln.
• Wissenschaftler und Forscher, die im Umgang mit Blockchain-basierten Datenspeicher- und -verwaltungssystemen geschult werden.

Fragen zu berücksichtigen

• Wie können Ihrer Meinung nach genomische Daten von Personen missbraucht werden?
• Wie wird sich Ihrer Meinung nach die Speicherung und Verwaltung von Genomdaten verändern und welche Auswirkungen wird dies auf das Gesundheitswesen und die Forschung haben?