生命情報科学

究極の個人情報=ゲノム情報を守りながら研究するには~暗号化したまま検索

清水佳奈先生 早稲田大学 基幹理工学部 情報理工学科/基幹理工学研究科 情報理工・情報通信専攻

究極のプライバシーと言えば、なんと言ってもゲノム情報です。ゲノム情報を効果的に解析できれば、重篤な疾患を治すことができるかもしれませんが、使い方を間違えば、重大なプライバシー侵害になる恐れがあります。このジレンマを解決する方法=秘匿ゲノム検索とは何か?その概要について、教えていただきました。

DNAは4種の塩基が鎖状につながった物質のため、4種類の文字から構成される文章として表現することができます。

 

この文章にはいわば“生命を創るための設計図”が記述されているため、これを解析することによって、生物学や医学に関する重要な知見が得られます。

 

近年、DNAを分析してゲノム配列を決定する装置(シークエンサー)の性能が飛躍的に向上しています。

1990年から約10年の歳月を費やして行われた「ヒトゲノム計画」では、30億ドルもの費用を投じてヒトの全ゲノム配列を決定しましたが、新型装置の普及によって劇的にコストが下がり、現在ではわずか1000ドルで同様の情報を得ることができます。

 

では、大量のヒトゲノム配列を解析して、有用な知見を発見できるようになったかというと、なかなかそうはいきません。最大の障壁の1つが、プライバシー問題です。

 

ゲノムは個人に固有の情報であるため、IDとしての役割を果たします。それと同時に、個人の特徴を示す情報も含みます。また、遺伝する性質を持つため、血縁者の情報まで含みます。このような性質を持つデータは他に類がなく、それゆえにゲノム情報は究極のプライバシーと考えられているのです。

 

現状では、このような情報をうまく取り扱う仕組みが確立されていないため、ゲノム情報は様々な組織に囲い込まれて孤立しています。研究者の間で情報が共有されなければ、せっかく大量にあるデータが十分に活用されません。

 

例えば、研究者が患者さんのゲノム配列をデータベースと照合して、疾患の原因を解析するケースを考えましょう。検索に用いるゲノム配列は患者さんのプライバシーを守るため秘密の情報です。一方、データベースに保存されているゲノム配列も秘密の情報です。この場合、患者さんのゲノム情報を守ろうとすると、研究者はデータベース検索ができません。

私たちは、このようなジレンマを解決するために、データを暗号化し、すべての処理を暗号化したまま行う秘匿ゲノム検索の研究に取り組んでいます。ちょっと複雑ですがこの研究では、加法準同型暗号と呼ばれる暗号方式を使います。

この暗号方式はただ単純に値を暗号化するだけでなく、暗号化した値同士を作用させると暗号化する前の値同士の加算を計算できるという、とても特殊な性質を持っています。平たく言ってしまうと暗号化したまま足し算ができるのです。私たちは、この“安全な足し算”をうまく組み合わせることによって、ゲノム配列を隠したまま検索結果だけを得る技術を開発しました。

 

秘匿ゲノム検索を用いると、例えば次のような検索ができます。ある患者さんのゲノム配列の左から2番目の文字が‘A’だったとします。そこで担当のお医者さんがデータベースに対して、同じ特徴を持つゲノム配列が糖尿病に関連している割合はどのくらいなのかと問い合わせてみたとします。そうするとデータベースはその質問の内容を全く見ないまま、教えてもよい検索結果だけをお医者さんに知らせることができます。この場合は、問い合わせのワードは2とAで、データベースはこの2とAを知ることなく30%と答えることができます。

秘匿ゲノム検索の技術開発が進めば、ヒトゲノムデータの有効活用につながります。それによって、生物学・医学の研究がより発展することを期待しています。

 

司会者・落合陽一先生×竹川佳成先生の一言 

 

竹川先生――ゲノムの話を聞くと、生物の話だと思って、バリアーを張る人っているんですが、清水さんの話は、全然そんなことないですね。

落合先生――ヒトの遺伝子は3ギガくらいだし、生物の実験屋さんがとってきたそのデータを処理するのは、われわれ情報屋の仕事です。言い方を換えると、生物のどの部分を把握したいかによって、情報をやりたいのか、生物をやりたいのか、たぶん分かれてくると思うんですね。それくらいコンピュータはいろんなところに入ったし、イメージできるようになったと思います。

 

興味がわいたら

『利己的な遺伝子』

リチャード・ドーキンス 日高敏隆、岸由二、羽田節子、垂水雄二:訳(紀伊国屋書店)

遺伝子の視点から生物の進化を論じた古典的な名著です。生命と遺伝子の関係に興味のある方はぜひ。

[出版社のサイトへ]

『プラチナデータ』

東野圭吾(幻冬舎文庫)

全国民のゲノム配列がデータベース化された近未来のSFで、ゲノムと個人情報がテーマです。秘匿ゲノム検索に興味を持った方にお勧めです。

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清水先生インタビュー

生物の教科書を書き換える発見は情報科学が担う時代に

清水佳奈先生 早稲田大学 基幹理工学部 情報理工学科/基幹理工学研究科 情報理工・情報通信専攻

 

生命情報科学でリードする大学・研究者

※情報処理学会第78回大会 IPSJ-ONE講演より

<慶應義塾大学日吉キャンパス協生館藤原洋記念ホールにて>

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⇒先生のプレゼンが見られます(IPSJ-ONEのページへ)

http://ipsj-one.org/2016/videos/24_shimizu_fs.mp4