Streaming für die Genomforschung

Fast 13 Jahre hatte es gedauert, im Jahr 2003 war es dann soweit: Das menschliche Genom war entschlüsselt. Etwa drei Milliarden Dollar hat das gigantische Vorhaben verschlungen. Aber von nun war es möglich, insbesondere Erb- und Infektionskrankheiten sowie die molekularen Mechanismen der Krebsentstehung tiefergehend zu erforschen.

Durch das Aufkommen parallelisierter Sequenzierungsverfahren sind die Kosten in den letzten Jahren drastisch gesunken: Während sie für die Sequenzierung eines menschlichen Genoms im Jahr 2008 noch bei rund einer Million Dollar lagen, sanken sie bis 2017 auf nur noch 1000 Dollar. Infolgedessen werden enorme Mengen an Daten erzeugt. Bei der derzeitigen Wachstumsrate (die Menge an Sequenzierungsdaten verdoppelt sich etwa alle sieben Monate) wird erwartet, dass allein im Jahr 2025 rund ein Zettabyte – das sind eine Milliarde Terabyte – an Sequenzierungsdaten erzeugt wird.

Grund genug für die Moving Picture Experts Group (MPEG) an einem neuen Standard zur Komprimierung, Speicherung und Übertragung von Sequenzierungsdaten zu arbeiten: MPEG-G.

Seit ihrer Gründung vor über 30 Jahren hat MPEG bereits mehrere Generationen erfolgreicher Standards entwickelt: etwa MP3 und AAC für Audio- und AVC/H.264 sowie HEVC/H.265 für Videodaten. Mit MPEG-G soll die Nutzung von Sequenzierungsdaten so einfach werden wie das Streamen einer Audiodatei oder das Ansehen eines Films – und dabei alle Anforderungen an den Datenschutz für Ärzte und Kliniken berücksichtigen.

Am L3S und am Institut für Informationsverarbeitung erforschen Prof. Dr. Bodo Rosenhahn, Prof. Dr. Jörn Ostermann und Jan Voges, wie Sequenzierungsdaten komprimiert, gespeichert und verarbeitet werden können und tragen zur Entwicklung des MPEG-Standards bei. Die neuen Verfahren testen die Wissenschaftler im Praxiseinsatz, zum Beispiel zur Risikobewertung des humanen respiratorischen Synzytial-Virus (RSV) – der häufigsten Ursache für akute Infektionen der unteren Atemwege bei Säuglingen. Für die Zukunft erwarten die Forscher, dass ihre Arbeiten in zahlreichen praktischen Studien und in der personalisierten Medizin zum Einsatz kommen.