Überall, wo wir hingehen, hinterlassen wir DNA-Fragmente.
Mit dieser DNA können wir bereits einige Merkmale wie Augen-, Haut- und Haarfarbe vorhersagen. Bald ist es möglich, Ihr gesamtes Gesicht anhand dieser Spuren genau zu rekonstruieren.
Dies ist die Welt der „DNA-Phänotypisierung“ - der Rekonstruktion physikalischer Merkmale aus genetischen Daten. Forschungsstudien und Unternehmen wie 23andMe teilen manchmal genetische Daten, die durch Entfernen von Namen „anonymisiert“ wurden. Aber können wir seine Privatsphäre gewährleisten, wenn wir das Gesicht seines Besitzers vorhersagen können?
Hier ist die Wissenschaft jetzt und wohin könnte sie in Zukunft gehen.
Vorhersage der Haar-, Augen- und Hautfarbe
DNA-Phänotypisierung ist seit mehreren Jahren ein aktives Forschungsgebiet von Wissenschaftlern. Die forensischen Biologen Manfred Kayser und Susan Walsh haben unter anderem Pionierarbeit für verschiedene DNA-Phänotypisierungsmethoden für die Forensik geleistet.
2010 entwickelten sie das IrisPlex-System, bei dem anhand von sechs DNA-Markern bestimmt wird, ob jemand blaue oder braune Augen hat. Im Jahr 2012 wurden zusätzliche Marker hinzugefügt, um die Haarfarbe vorherzusagen. Letztes Jahr hat die Gruppe Hautfarbe hinzugefügt. Diese Tests wurden über eine Website zur Verfügung gestellt und können von jedem ausprobiert werden, der Zugriff auf seine genetischen Daten hat.
Merkmalsvorhersagen werden verwendet, um eine Reihe von Fragen zu beantworten. Vor kurzem wurden sie beispielsweise verwendet, um darauf hinzuweisen, dass der „Cheddar Man“ (das älteste vollständige menschliche Skelett in Großbritannien) möglicherweise eine dunkle oder dunkle bis schwarze Haut und blau / grüne Augen hatte. Die Vorhersagemodelle basieren größtenteils auf modernen europäischen Bevölkerungsgruppen. Daher kann Vorsicht geboten sein, wenn die Tests auf andere (insbesondere ältere) Bevölkerungsgruppen angewendet werden.
Das ganze Bild
Die Forschung zur DNA-Phänotypisierung hat im letzten Jahr mit der Anwendung von Ansätzen des maschinellen Lernens rasante Fortschritte gemacht, aber das Ausmaß unserer derzeitigen Fähigkeiten wird immer noch kontrovers diskutiert.
Im vergangenen Jahr haben Forscher des Genetikers Craig Venter, der Firma Human Longevity, detaillierte Messungen der physikalischen Eigenschaften von rund 1.000 Menschen durchgeführt. Ganze Genome (unser vollständiger genetischer Code) wurden sequenziert und die Daten kombiniert, um Modelle zu erstellen, die 3D-Gesichtsstruktur, Stimme, biologisches Alter, Größe, Gewicht, Body-Mass-Index, Augenfarbe und Hautfarbe vorhersagen.
Die Studie erhielt starke Gegenreaktionen von einer Reihe prominenter Wissenschaftler, darunter Yaniv Erlich, auch bekannt als „Genom-Hacker“. Die Studie schien eher durchschnittliche Gesichter basierend auf Geschlecht und Abstammung als spezifische Gesichter von Individuen vorherzusagen. Die Methode zur Beurteilung der Vorhersagen für kleine ethnisch gemischte Kohorten wurde ebenfalls kritisiert.
Trotz genauer Gesichtsaussagen stellte Erlich fest, dass bei diesem Ansatz jemand in der realen Welt identifiziert werden kann:
Ein Gegner müsste eine Datenbank im Populationsmaßstab erstellen, die Größe, Gesichtsmorphologie, digitale Sprachsignaturen und demografische Daten jeder Person enthält, die er identifizieren möchte.
Denn ohne eine detaillierte biometrische Datenbank können Sie nicht von den physikalischen Vorhersagen zu einem Namen gelangen.
Eine passende Datenbank?
Es stellt sich heraus, dass die australische Regierung gerade eine solche Datenbank aufbaut. "The Capability" ist ein vorgeschlagenes biometrisches und Gesichtserkennungssystem, das CCTV-Material mit Informationen aus Pässen und Führerscheinen abgleichen soll. Ursprünglich als Maßnahme zur Terrorismusbekämpfung in Rechnung gestellt, gibt es bereits Berichte, wonach der Dienst für Unternehmen gegen eine Gebühr erbracht werden kann.
Gleichzeitig hat das australische Finanzamt gerade einen Spracherkennungsdienst eingerichtet. Es ist leicht vorstellbar, wie ein solches System in „The Capability“ integriert werden könnte.
Und es ist nicht nur Australien, das die Fähigkeit aufbaut, ein biometrischer, gesichtserkennender Überwachungsstaat zu werden. Indien setzt das Aadhar-System ein und China ist weltweit führend in der Gesichtserkennung.
Die australische Regierung baut ein Gesichtserkennungssystem namens The Capability auf, das CCTV-Material mit Informationen aus Pässen und Führerscheinen abgleichen soll. (Regierung von Queensland) DNA-Fahndungsfotos
Gegenwärtig basieren die meisten forensischen DNA-Profiling-Techniken auf „anonymen“ Markern, die die Identität einer Datenbank zuordnen, aber wenig über einen Verdächtigen aussagen. Mit den Fortschritten in der Genomtechnologie bewegt sich die forensische Genetik in Richtung Tests, die uns viel mehr über jemanden erzählen können.
Es gibt eine Reihe von Unternehmen, die gegen eine Gebühr DNA-Phänotypisierungsdienste anbieten. Ein Unternehmen, Parabon NanoLabs, behauptet, anhand von DNA das physische Erscheinungsbild einer unbekannten Person genau vorhersagen zu können. Polizeikräfte nutzen bereits ihre Dienste, einschließlich der Polizei von Queensland, in einem jüngsten Fall eines Serienvergewaltigers an der Goldküste.
Das Parabon-System basiert ebenfalls auf einem Vorhersagemodell. Dies wurde entwickelt, indem maschinelle Lernwerkzeuge auf ihre Datenbank für genetische Merkmale angewendet wurden. Das Unternehmen prognostiziert anhand einer DNA-Probe Hautfarbe, Augenfarbe, Haarfarbe, Sommersprossen, Abstammung und Gesichtsform. Diese Vorhersagen, das Vertrauen in sie und eine Rekonstruktion durch einen forensischen Künstler werden verwendet, um ein "Momentaufnahme" -Profil zu erstellen.
Es besteht Skepsis gegenüber den Fähigkeiten von Parabon. Es ist schwierig, das Parabon-System zu bewerten, da der Computercode nicht offen ist und die Methodik nicht mit Peer-Review-Prüfung veröffentlicht wurde.
Wie bei jeder Art von DNA-Beweis besteht die Gefahr von Justizirrtümern, insbesondere wenn die Beweise isoliert verwendet werden. Die Nützlichkeit der DNA-Phänotypisierung zu diesem Zeitpunkt mag eher in ihrer Ausschlusskraft als in ihrer Vorhersagekraft liegen. Parabon gibt an, dass Snapshot-Vorhersagen in Verbindung mit anderen Ermittlungsinformationen verwendet werden sollen, um die Liste möglicher Verdächtiger einzugrenzen.
Wo wird das alles enden?
Wir müssen uns nur eineiige Zwillinge ansehen, um zu sehen, wie viel von unserem Gesicht in unserer DNA enthalten ist. Die Frage ist, wie viele Verbindungen zwischen der DNA und unseren physischen Merkmalen wir in Zukunft herstellen können und wie lange wir brauchen, um dorthin zu gelangen.
Einige Funktionen sind relativ einfach vorherzusagen. Beispielsweise kann aus relativ wenigen genetischen Varianten auf die Augenfarbe geschlossen werden. Andere Merkmale werden komplizierter, weil sie "polygen" sind, was bedeutet, dass viele Genvarianten zusammenarbeiten, um das Merkmal zu erzeugen.
Eine kürzlich durchgeführte Studie zur Genetik der Haarfarbe untersuchte beispielsweise 300.000 Menschen mit europäischer Abstammung. Sie fanden 110 neue genetische Marker, die mit der Haarfarbe zusammenhängen, aber die Vorhersage einiger Farben (schwarz oder rot) ist zuverlässiger als die anderer (blond und braun).
Die Wissenschaft der DNA-Gesichtsrekonstruktion schreitet rasant voran. (Komposit aus Parabon und PNAS) Die Art und Weise, wie DNA unsere physischen Merkmale codiert, kann bei Menschen unterschiedlicher Ahnengruppen unterschiedlich sein. Gegenwärtig ist unsere Fähigkeit, moderne Europäer vorherzusagen, besser als die anderer Gruppen - da unsere genetischen Datenbanken von Personen mit europäischer Abstammung dominiert werden.
Da wir zunehmend ausgefeilte Ansätze für maschinelles Lernen in größeren (und ethnisch repräsentativeren) Datenbanken anwenden, wird sich unsere Fähigkeit, das Aussehen der DNA vorherzusagen, wahrscheinlich dramatisch verbessern.
Parabons Dienste enthalten einen Haftungsausschluss, dass die Rekonstruktionen nicht mit Gesichtserkennungssystemen verwendet werden dürfen. Die Integration dieser Technologien ist jedoch in Zukunft nicht unmöglich und wirft Fragen zum Scope Creep auf.
Was bedeutet das für die genetische Privatsphäre?
Trotz der Kontroverse darüber, was wir jetzt tun können, wird die Wissenschaft der DNA-Phänotypisierung nur besser werden.
Das sich rasant entwickelnde Feld der DNA-Phänotypisierung zeigt uns, wie viele persönliche Informationen in unseren genetischen Daten enthalten sind. Wenn Sie einen Fahndungsfoto aus genetischen Daten rekonstruieren können, wird das Entfernen des Namens des Besitzers die erneute Identifizierung nicht verhindern.
Der Schutz der Privatsphäre unserer genetischen Daten in der Zukunft kann dazu führen, dass wir innovative Möglichkeiten finden müssen, um diese zu maskieren - zum Beispiel Genom-Cloaking, Genom-Spiking oder Verschlüsselung und Blockchain-basierte Plattformen.
Je mehr wir über unseren genetischen Code wissen, desto schwieriger wird es, die Privatsphäre unserer genetischen Daten zu schützen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Caitlin Curtis, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Center for Policy Futures (Genomics) der University of Queensland
James Hereward, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of Queensland
