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Gen-Datenbanken geknackt

Prof. Michael Backes forscht daran, wie man in Studien mit Gen-Daten die Anonymität der Teilnehmer besser schützen kann (Bild: Cispa)
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Forscher können nachweisen, dass man aus den Daten nur weniger DNA-Abschnitte Rückschlüsse auf die Person ziehen kann. Studienteilnehmer könnten so leicht identifiziert werden.

Das Erbgut eines Menschen, die DNA, gibt private Details der Person und ihrer Familienmitglieder preis. Gesetze regeln daher den Umgang mit Gen-Daten, die man heute schnell und preiswert auswerten kann. Für ebenfalls genetisch relevante Daten, so genannte microRNAs, gelten diese Gesetze nicht, obwohl auch sie auf ernsthafte Krankheiten hinweisen. „Seit bekannt ist, dass bereits ein kleiner Teil der DNA ausreicht, um Teilnehmer zu identifizieren, debattieren Forscher, ob und in welchem Ausmaß Gen-Datenbanken veröffentlicht werden dürfen“, erklärt Michael Backes, Professor für Kryptografie und IT-Sicherheit an der Universität des Saarlandes. Dort leitet er als wissenschaftlicher Direktor das Kompetenzzentrum für IT-Sicherheit, kurz Cispa.

Verräterische microRNA
Zusammen mit seinen Kollegen hat der IT-Forscher daher eine spezielle Art von Gen-Daten auf Datenmissbrauch untersucht, die von Medizinern in Studien gerade besonders aktiv erforscht wird. So genannte Micro-RNA, kurze Ribonukleinsäure-Moleküle, gelten bei Ärzten als ein neuer Typ von Biomarkern. So bezeichnet man biologische Merkmale, die Medizinern und Forschern klare Hinweise auf den Gesundheitszustand oder die schwere Erkrankung eines Patienten geben. Micro-RNAs sagen daher viel mehr über den jeweiligen Patienten aus als die herkömmliche DNA-Analyse, denn letztere beschreibt lediglich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Patient die jeweilige Krankheit bekommen könnte. Die Aussagekraft der Micro-RNA-Analyse macht die Erkenntnisse der Saarbrücker Informatiker daher noch brisanter.
Mit gleich zwei unterschiedlichen Angriffsmethoden konnten sie die Anonymität der Studienteilnehmer knacken. „Wenn man die Auswertungen veröffentlicht und eine Krankenkasse das Micro-RNA-Profil eines ihrer Mitglieder kennt, kann sie herausfinden, ob der Patient Teil der Studie war und an welcher Krankheit er leidet”, erläutert Pascal Berrang, der am Cispa seine Doktorarbeit verfasst und dabei auch den Schutz der Privatsphäre bei Gen-Daten erforscht. Weitere Informationen benötige man nicht.
Gegenmaßnahme: Verrauschen
Daher begannen die Cispa-Informatiker Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Die besondere Herausforderung bestand darin, die Anonymität der Daten zu gewährleisten, sie aber nicht für die medizinische Diagnose unbrauchbar zu machen. Sie fanden heraus, dass es hilft, den Daten ein so genanntes Rauschen in Form von weiteren Daten hinzuzufügen, so dass die Identität der einzelnen Person geschützt, die Tendenz des Gesamtresultats jedoch noch erkennbar ist. Letztere Strategie gilt unter Experten als Mechanismus, um statistische Informationen zu veröffentlichen, ohne einzelne Personen damit zu kompromittieren, im Fachjargon „Differential Privacy“ genannt.
Wobei das Verrauschen der Daten den Angriff zwar ganz unterband, aber andererseits auch die Arbeit der Ärzte erheblich erschwere. Daher empfehlen die Cispa-Forscher, die Daten nur minimal zu verrauschen und darauf zu achten, dass ausreichend viele Teilnehmer in der Studiengruppe sind. „Das hat mehrere Vorteile: Es erhöht die statistische Signifikanz der Studie, es ist weniger Verrauschen notwendig und der Angriff funktioniert nicht mehr so gut, da die einzelne Person in der größeren Menschenmenge noch mehr untergeht“, sagt Berrang. Nach einer konkreten Zahl gefragt, antwortet er: „200 – Mindestens 200 Personen in der Studie und etwas Verrauschen der Daten, das reicht aus.“
https://cispa.saarland/
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