Codice della vita: Blockchain e il futuro della genomica

In un’era di dibattiti molto controversi sulla proprietà dei dati, la privacy e la monetizzazione, si potrebbe dire che un dato dato sia il più personale di tutti: il genoma umano..

Mentre siamo Identico al 99,9% nel nostro corredo genetico in tutte le specie, il restante 0,1% contiene variazioni uniche nel codice che si ritiene influenzino la nostra predisposizione verso determinate malattie e persino i nostri pregiudizi temperamentali: un modello di quanto siamo sensibili a tutto, dalle malattie cardiache e l’Alzheimer alla gelosia, incoscienza e ansia.

Il 2023 ha offerto ampi esempi di come i cattivi attori possono provocare il caos con un uso nefasto anche di dati relativamente banali. Per coloro che sono interessati a proteggere questa forma di identità più critica, la blockchain ha suscitato un notevole interesse come potente alternativa alle architetture chiuse e agli exploit proprietari del mercato dei dati genomici esistente, promettendo al loro posto un protocollo sicuro e aperto per il codice della vita.

Catene crittografate

Il sequenziamento del genoma umano fino al livello molecolare delle quattro “lettere” che si legano nelle eliche a doppia elica del nostro DNA è stato completato per la prima volta nel 2003. Il costo del progetto 3,7 miliardi di dollari e 13 anni di potenza di calcolo. Oggi costa $ 1.000 per genoma unico e richiede pochi giorni. Stime sono che presto costerà un minimo di $ 100.

Con l’evolversi della progettazione di farmaci basati sui dati genomici e delle terapie mirate, si prevede che l’interesse delle aziende farmaceutiche e biotecnologiche catapulterà il mercato dei dati genomici nei prossimi anni, con una previsione di successo $ 27,6 miliardi entro il 2025.

Se il set di dati dei tuoi Mi piace di Facebook e le stupefazioni dei feed di notizie è già stato riconosciuto come una risorsa importante e monetizzabile, il valore racchiuso nel tuo codice genetico sta aumentando in modo esponenziale con la rivoluzione nella medicina di precisione e editing genetico prende ritmo.

Nell’ultimo anno, senza precedenti sono state concesse approvazioni a nuove terapie geniche negli Stati Uniti modifica le celle dal sistema immunitario di un paziente per curare il linfoma non Hodgkin; un altro tratta una rara malattia retinica ereditaria che può portare alla cecità.

Eppure, ecco il problema.

Il potenziale ineguagliabile della genomica di innescare un cambio di paradigma nella medicina moderna si basa sull’utilizzo di vasti set di dati per stabilire correlazioni tra varianti genetiche e tratti.

Generare l’esplosione di grandi dati genomici che sono ancora necessari per decodificare i 4 bit dell’organismo vivente deve affrontare ostacoli non solo scientifici, ma etici, sociali e tecnologici.

Per molti ai margini di questa frontiera, questo è esattamente il luogo in cui Nakamoto ha fatto il favoloso 2008 carta bianca – e la tecnologia che sarebbe diventata nota come blockchain – entra in gioco.

Cointelegraph ha parlato con tre figure dello spazio genomico blockchain per scoprire perché.

Chi possiede il tuo genoma? Resuscitare il mammut lanoso … e blockchain

Per il professor George Church, genetista anticonformista di fama mondiale ad Harvard, i confini tra le tecnologie dentro e fuori il laboratorio sono porosi. Essendo stato un pioniere del sequenziamento diretto del genoma nel 1984, un breve riassunto delle sue recenti ambizioni include i tentativi di farlo resuscitare il mammut estinto da tempo, crea cellule a prova di virus e anche a invecchiamento inverso.

Ora ha posto un’altra tecnologia all’avanguardia al centro della rivoluzione genomica: blockchain.

L’anno scorso, Church – insieme ai colleghi di Harvard Dennis Grishin e Kamal Obbad – ha co-fondato la startup blockchain Nebula Genomics. Church aveva cercato per anni di accelerare e guidare la generazione di dati genomici su larga scala. Aveva fatto appello ai volontari per contribuire alla sua organizzazione non profit Progetto genoma personale (PGP) – una “Wikipedia” di dati genomici umani ad accesso aperto che ha aggregato fino ad ora circa 10.000 campioni.

PGP faceva affidamento sul fatto che le persone perdessero sia la privacy che la proprietà nel perseguimento del progresso della scienza. Come ha detto Church in un recente colloquio, per lo più erano “particolarmente altruisti” o persone interessate ad accelerare la ricerca per una particolare malattia a causa delle esperienze familiari.

In altri casi, come ha detto a Cointelegraph Sam Brama, esperto di cybersecurity DNABits, sono i pazienti stessi che generano i dati e sono “abbastanza malati da buttare via qualsiasi problema di proprietà e privacy”:

“I malati vengono al sistema sanitario e dicono: ‘Ti daremo tutto quello che vuoi, prendilo, firmeremo qualsiasi documento, consenso. Guariscici e trova una cura. ‘”

La sfida è ottenere tutti gli altri. Sebbene nessuno sappia esattamente quante persone hanno avuto il loro genoma sequenziato fino ad oggi, alcune stime suggeriscono che si tratta di circa un milione.

Startup come Nebula e DNABits propongono che un ecosistema tokenizzato e abilitato alla blockchain potrebbe essere il punto di svolta tecnologico per l’onboarding delle masse.

Consentendo alle persone di monetizzare i propri genomi e vendere l’accesso direttamente agli acquirenti di dati, Nebula pensa che la sua piattaforma potrebbe aiutare a ridurre i costi di sequenziamento “a zero o addirittura offrire [alle persone] un profitto netto”.

Anche se Nebula non sovvenzionerà direttamente il sequenziamento dell’intero genoma, un modello blockchain consentirebbe agli acquirenti interessati, ad esempio due società farmaceutiche, di versare i soldi per la sequenza di qualcuno in cambio dell’accesso ai propri dati.

La tokenizzazione apre la flessibilità e il consenso granulare per abilitare diversi scenari. Come suggerito da Brama, un proprietario di dati potrebbe avere il diritto di condividere qualsiasi farmaco potrebbe essere sviluppato sulla base della ricerca che ha consentito o essere rimborsato per la sua prescrizione medica in token crittografici. I contratti sarebbero pubblicati e sottoposti ad hashing e il riferimento al consenso dell’individuo registrato sulla blockchain.

Distopie genomiche

Guidare e accelerare la generazione di dati è solo una parte dell’equazione.

Nebula ha condotto un sondaggio che ha rilevato che, piuttosto che semplicemente l’accessibilità, la privacy e le preoccupazioni etiche hanno eclissato tutti gli altri fattori quando alle persone è stato chiesto se avrebbero preso in considerazione o meno il sequenziamento del genoma. In un altro studia su 13.000 persone, l’86% ha dichiarato di essere preoccupato per un uso improprio dei propri dati genetici: oltre la metà ha fatto eco ai timori sulla privacy.

Queste preoccupazioni non sono semplicemente fondate nella fantascienza distopica di Hollywood degli anni ’90 – si pensi a Gattaca immaginario biopunk di una società futura in preda a una febbre neo-eugenetica.

Come ha affermato Ofer Lidsky – co-fondatore, CEO e CTO della startup DNAtix di genomica blockchain:

“Una volta che il tuo DNA è stato compromesso, non puoi cambiarlo. Non è come una carta di credito che puoi annullare e riceverne una nuova. Il tuo codice genetico è con te per tutta la vita […] Una volta che è stato compromesso, non c’è modo di tornare indietro “.

I dati sono sempre più intercettati, commercializzati e persino armati. Il sequenziamento – per non parlare della condivisione – il tuo genoma è forse un passo avanti rispetto a quanto molti sono disposti a fare, data la sua singolarità, irrevocabilità e longevità.

Brama di DNABits ha espresso la sua opinione sulla sicurezza informatica, affermando che:

“Le conseguenze sono molto difficili da immaginare, ma in un mondo [in cui] le persone costruiscono portatori come virus che si diffonderanno alle cellule del corpo e le modificheranno – è spaventoso, ma in realtà tutti gli elementi costitutivi sono già lì: sequenziamento del genoma, violazioni dei dati, editing genetico. Le persone stanno ora lavorando per correggere le principali condizioni di salute utilizzando l’editing genetico in vivo. Ma dovremmo presumere che ogni strumento là fuori finirà anche per finire nelle mani sbagliate “.

Ha aggiunto: “Non stiamo parlando di approfittare di qualcuno solo per una notte con GHB o qualche altro farmaco” – questo avrebbe un impatto sul resto della vita di un individuo.

Questo aprile, sulla scia del Scandalo Cambridge Analytica, è arrivata la notizia che gli investigatori della polizia avevano ha estratto il database genealogico di un hobbista per frammenti di DNA di individui che speravano avrebbero aiutato a risolvere un caso di omicidio che si era raffreddato per oltre trent’anni.

Le forze dell’ordine non hanno incontrato alcuna resistenza nell’accesso a un archivio centralizzato di materiale genetico che era stato caricato da un pubblico inconsapevole. E mentre molti hanno salutato l’arresto del Golden State Killer attraverso a groviglio di DNA, altri hanno espresso notevole disagio.

Questa oscurità di accesso ha implicazioni oltre la scientifica. Mentre la distopia di Brama può essere un po ‘lontana, oggi ci sono preoccupazioni per la discriminazione genetica da parte dei datori di lavoro e delle compagnie di assicurazione – l’ultima delle quali è attualmente solo legalmente vietato in modo parziale. Grishin ha fatto eco a questo, sottolineando che negli Stati Uniti, “ti può essere negata l’assicurazione sulla vita a causa del tuo DNA”.

A maggio, la Commissione federale per il commercio degli Stati Uniti ha aperto un’indagine su note aziende di test genetici di consumo, comprese 23andMe e Ancestry.com, sulle loro politiche per la gestione delle informazioni personali e genetiche e su come condividono tali dati con terze parti.

23andMe e Ancestry.com rappresentano un fenomeno recente dei cosiddetti test genetici diretti al consumatore, la cui popolarità si stima abbia più di raddoppiato l’anno scorso.

Queste aziende utilizzano una tecnica più ristretta chiamata genotipizzazione, che identifica 600.000 posizioni distanziate a intervalli approssimativamente regolari attraverso i 6,4 miliardi di lettere di un intero genoma. Sebbene limitato, rivela ancora informazioni genetiche intrinsecamente personali.

Il famosissimo kit di genotipizzazione domestica 23andMe – confezionato in modo solare come “Welcome to You” – promette di raccontare alle persone tutto, dal loro trucco ancestrale alla probabilità che trascorrano le loro notti nelle grinfie irritate dell’insonnia. Il kit viene fornito con un prezzo a partire da $ 99.

Questo luglio, la sesta azienda farmaceutica al mondo, GlaxoSmithKline (GSK), ha investito $ 300 milioni in un contratto quadriennale per ottenere l’accesso al database di 23andMe, e la società di test lo è stimato di aver guadagnato 130 milioni di dollari vendendo l’accesso a circa un milione di genotipi umani, a un prezzo medio di circa 130 dollari. In confronto, Facebook secondo quanto riferito genera circa $ 82 di entrate lorde dai dati di un singolo utente attivo.

Sistemi blockchain anonimi e a prova di battaglia per la rivoluzione della genomica

In questo panorama di dati genomici sempre più opaco, le aziende private monetizzare i dati genotipici generati dai loro consumatori e i dati di sequenza sono frammentati in silos proprietari e centralizzati, sia negli ingombranti sistemi legacy degli istituti di assistenza sanitaria e di ricerca che in quelli di proprietà privata tesori di aziende biotecnologiche.

Portare la genomica sulla blockchain consentirebbe la circolazione necessaria per accelerare la ricerca, proteggendo al contempo queste informazioni personali in modo univoco mantenendo le identità anonime separate dagli identificatori crittografici. Gli utenti mantengono il controllo dei propri dati e decidono esattamente con chi vengono condivisi e per quali scopi. Tale accesso, a sua volta, sarebbe tracciato su un registro verificabile e immutabile.

Grishin ha delineato la versione di Nebula, che imporrebbe requisiti asimmetrici a diversi membri dell’ecosistema. Gli utenti avrebbero la possibilità di rimanere anonimi, ma un sistema blockchain autorizzato con nodi validatori verificati richiederebbe agli acquirenti di dati che utilizzano la rete di essere completamente trasparenti sulla loro identità:

“Se qualcuno ti contatta, non dovrebbe essere solo un ID di rete crittografico, ma dovrebbe dire che si tratta di John Smith di Johnson & Johnson, che lavora, diciamo, in oncologia “.

Grishin ha aggiunto che Nebula ha sperimentato sia Blockstack che la blockchain di Ethereum (ETH), ma da allora ha deciso di passare a un prototipo interno, considerando la capacità di 15 transazioni al secondo di Ethereum insufficiente per il suo ecosistema.

Brama di DNABits, anch’esso impegnato a utilizzare un sistema autorizzato, ha proposto di utilizzare “la forma più semplice e robusta di blockchain, ovvero una rete di tipo Bitcoin”.

“Più potente e potente è il motore che utilizzi, maggiore sarà l’attacco in superficie.”

A prova di bugie la blockchain

23andMe lo è disse per memorizzare circa cinque milioni di profili di clienti genotipici e la società concorrente Ancestry.com circa 10 milioni. Per ogni profilo, si raccolgono in giro 300 punti dati fenotipici – creando sondaggi che mirano a scoprire quante sigarette (pensi) di aver fumato durante la tua vita o se yoga o Prozac è stato più efficace nella gestione della depressione.

Un fenotipo è l’insieme delle caratteristiche osservabili di un individuo che risulta dall’interazione del suo genotipo con il suo ambiente. Generare e condividere l’accesso a questi dati è fondamentale per decodificare il genoma attraverso una correlazione di varianti e tratti. Ma come osserva Grishin, essendo in gran parte auto-riferito, la qualità di gran parte dei dati esistenti è incerta e una genomica tokenizzata deve affrontare un ostacolo a questo riguardo:

“Se le persone saranno in grado di monetizzare i propri dati genomici personali, allora si può immaginare che alcune persone potrebbero pensare: ‘Se dichiaro di avere una condizione rara, molte aziende farmaceutiche saranno interessate ad acquistare l’accesso al mio genoma’ – che è solo non necessariamente vero. Il valore di un genoma è piuttosto difficile da prevedere e non è corretto affermare che se hai qualcosa di raro, il tuo genoma sarà più prezioso. In effetti molti studi richiedono molti campioni di controllo che sono abbastanza normali. “

L’istruzione può aiutare a rendere le persone consapevoli che non guadagneranno più soldi mentendo e che un genoma di mezzo potrebbe essere interessante per un acquirente tanto quanto uno insolito. Ma Grishin ha anche notato che un sistema blockchain può offrire meccanismi unici che scoraggiano l’inganno, anche dove l’istruzione fallisce:

“Blockchain può aiutare a creare sondaggi fenotipici che rilevano risposte errate o identificano dove un singolo partecipante ha cercato di mentire. E questo può essere combinato con i sistemi di deposito a garanzia abilitati per blockchain, dove, ad esempio, prima di partecipare a un sondaggio, devi depositare una piccola quantità di criptovaluta in un portafoglio di garanzia “.

Se risposte contrastanti indicano che qualcuno ha tentato di mentire sulla propria condizione medica, il deposito potrebbe essere trattenuto in un modo che è molto più facile da implementare all’interno di un sistema blockchain rispetto a uno che utilizza valute legali.

2023: virus e cromosomi colpiscono la blockchain

Anche con solo una frazione della popolazione a bordo, data l’intensità dei dati del codice del corpo, uno tsunami di sequenza sta già inondando i negozi centralizzati esistenti.

Il complesso insieme di dati non elaborati di un singolo genoma arriva a 200 gigabyte: nel giugno 2023, la GenBank del National Institute of Health degli Stati Uniti conteneva oltre duemila miliardi basi di sequenza. Una delle più grandi aziende biotecnologiche del mondo, la cinese BGI Genomics, annunciato nello stesso mese in cui prevedeva di produrre cinque petabase di nuovo DNA nel 2023, aumentando ogni anno fino a raggiungere 100 petabase entro il 2023.

Nella sua intervista con Cointelegraph, Lidsky ha proposto che il dataset grezzo da 200 gigabyte non sia necessario per gli analisti, sottolineando che il sequenziamento del genoma iniziale viene letto più volte “diciamo 30 o 100 volte”, per mitigare le imprecisioni. Una volta combinata, ha spiegato, “la dimensione della sequenza è ridotta a 1,5 gigabyte.”Ciò richiede ancora una compressione significativa per portarlo alla blockchain. Come riferimento, il taglia media di una transazione sulla blockchain di Bitcoin (BTC) era di 423 kilobyte, a metà giugno 2023.

Dimensione media delle transazioni sulla blockchain di Bitcoin, 2014-18. Fonte: TradeBlock.com

A giugno DNAtix annunciato il primo trasferimento di un cromosoma completo utilizzando la tecnologia blockchain, in particolare il fabric Hyperledger di IBM. Lidsky ha detto a Cointelegraph che l’azienda è riuscita a raggiungere un tasso di compressione del 99% per il DNA questo agosto.

Nebula, da parte sua, prevede che anche su una blockchain, il trasferimento dei dati sia inutile e sconsiderato, data la sensibilità unica della genomica. Propone invece la condivisione dell’accesso ai dati. La soluzione combinerebbe blockchain con tecniche di crittografia avanzate e metodi di calcolo distribuito. Come ha sottolineato Grishin:

“I tuoi dati possono essere analizzati localmente sul tuo computer eseguendo tu stesso un’app sui tuoi dati […] con misure di sicurezza aggiuntive in atto, ad esempio utilizzando la crittografia omomorfica per condividere i dati in una forma crittografata.”

Grishin ha spiegato che le tecniche omomorfiche crittografano i dati ma assicurano che non siano “privi di senso”, creando “trasformazioni che trasformano i dati senza disturbarli”:

“L’acquirente di dati non ottiene i dati sottostanti ma calcola in forma crittografata per ricavarne i risultati. Il codice viene quindi spostato sui dati anziché i dati trasferiti ai ricercatori “.

I dati crittografati possono essere messi a disposizione degli sviluppatori delle cosiddette app genomiche, qualcosa che Nebula, DNAtix e molte altre startup emergenti nel campo propongono come mezzo per fornire agli utenti un’interpretazione dei propri dati. Potrebbero anche fornire un’ulteriore fonte di monetizzazione per ricercatori e altri sviluppatori di terze parti.

Ma è così semplice “esternalizzare” l’interpretazione genomica a un’app? Il modello di assistenza sanitaria vecchio di decenni ha indirizzato i pazienti a consulenti genetici per superare i rischi e parlare delle aspettative, aiutando a tradurre quelli che possono essere risultati sconcertanti e spesso spaventosi.

Le aziende di test genetici di consumo lo sono già state accusato di lasciare i propri clienti “con molti dati e poche risposte”. Oltre a soddisfare la curiosità genealogica e interpretare una serie di geni del “benessere”, 23andMe può rivelare se sei portatore di una variante genetica che potrebbe avere un impatto sulla salute futura di tuo figlio e che, a partire dal 2023, è addirittura stata autorizzato divulgare i rischi per la salute genetica, compreso il cancro al seno e il morbo di Parkinson.

Blockchain potrebbe non andare molto meglio quando si tratta di lasciare le persone all’oscuro, di fronte al bagliore blu degli schermi dei loro computer. Nebula e DNAtix stanno entrambi valutando come integrare i consulenti genetici nei loro ecosistemi e Grishin ha anche proposto che gli utenti siano in grado di “accettare” se vogliono davvero “sapere tutto” o vogliono solo approfondimenti “utilizzabili”, ad esempio cose che la medicina moderna può affrontare.

Blockchain e big pharma

Le vendite di farmaci su prescrizione a livello globale lo sono previsione per raggiungere $ 1.2 trilioni entro il 2024. Ma chiudere il ciclo di feedback tra i prodotti farmaceutici e i milioni di persone che prendono le loro pillole ogni giorno deve ancora affrontare ostacoli significativi.

Lo sviluppo di farmaci si basa sulla correlazione e sul monitoraggio del ciclo di vita di studi medici, test genetici, effetti collaterali di prescrizione ed effetti a lungo termine relativi allo stile di vita; La tokenizzazione può incentivare individui e imprese a condividere i dati generati su più flussi. Come ha sottolineato Brama:

“I dati sullo stile di vita provengono da dispositivi indossabili, smartphone, case intelligenti, città intelligenti, acquisti, interazioni commerciali, social media, ecc. La terza è costituita dai dati clinici e sulle condizioni di salute generati nel sistema sanitario “.

Brama ha usato l’analogia di un mazzo di carte per spiegare come la blockchain potrebbe essere la chiave per iniziare a mettere in connessione questi dati, proteggendo nel contempo l’anonimato dei proprietari dei dati.

Un individuo può tenere un numero illimitato di indirizzi univoci nel proprio portafoglio digitale. Entrare in una farmacia per acquistare un particolare farmaco, ad esempio vitamina C, contrassegnato da un codice QR, genererebbe una transazione per uno di questi indirizzi. Una visita a un medico di famiglia potrebbe generare un ulteriore hash per una diagnosi sulla tua cartella clinica elettronica (EMR), ad esempio un naso che cola. Questa transazione avviene tra il caregiver e un altro indirizzo del portafoglio.

Un utente potrebbe scegliere di mettere la correlazione tra le transazioni per i suoi diversi portafogli sulla blockchain e renderla pubblica per consentire alle persone di fare offerte sui dati sottostanti. Oppure, potrebbero mantenere la correlazione fuori catena e inviare la prova solo quando, ad esempio, una compagnia di assicurazioni o un istituto di ricerca fa pubblicità agli utenti che hanno un particolare insieme di transazioni:

“Tieni tu il mazzo. Guardi le carte, decidi se dici, se non dici. E puoi metterli sul tavolo e farli vedere a tutti, oppure puoi indicare in privato che li hai effettivamente. Lascia davvero la scelta e l’implementazione a te “.

Frontiere biotecnologiche

Il professor Church ha fatto un’analogia che probabilmente suona bene a chiunque sia collegato allo spazio crittografico e blockchain, dicendo che “in questo momento, il sequenziamento del genoma è come Internet alla fine degli anni ’80. Era lì, ma nessuno lo stava usando. “

Blockchain e l’avanguardia della ricerca genomica si sono forse avvicinate l’una all’altra come mai prima d’ora. Ora che il DNA nelle nostre cellule è inteso come una riserva di informazioni per tutta la vita, è necessaria una tecnologia nuova e dirompente per gestire in modo sicuro e flessibile le reti di interconnessione del codice del corpo.

L’avvento della genomica solleva questioni che non possono essere risolte dalla sola scienza. Per tutti i nostri intervistati, la blockchain potrebbe essere solo la chiave per creare i mezzi di proprietà e circolazione equi e trasparenti che garantirebbero che queste eliche di biomateriale grezzo non sfuggano al controllo.