Ihre DNA kann jetzt aus dünner Luft gezogen werden
Die DNA ist die Grundlage des Lebens und findet sich überall in der Umwelt. Durch die Ausscheidung hinterlässt der Mensch eine kontinuierliche Spur von DNA, die gemessen und sequenziert werden kann. Genetiker haben nun herausgefunden, wie man Umwelt-DNA, die sogenannte E-DNA, leicht sequenzieren kann. Die Auswirkungen auf die Privatsphäre und den Schutz der Privatsphäre sind absolut atemberaubend, und Polizei und Geheimdienste lechzen danach, sie in die Finger zu bekommen.⁃ TN Editor
David Duffy, Wildtiergenetiker an der Universität von Florida, wollte eigentlich einen besseren Weg finden, um Krankheiten bei Meeresschildkröten zu erkennen. Dann fing er an, überall menschliche DNA zu finden.
In den vergangenen zehn Jahren haben Wildtierforscher Techniken zur Gewinnung von Umwelt-DNA oder eDNA – Spuren von genetischem Material, das alle Lebewesen hinterlassen – verfeinert. Als leistungsfähiges und kostengünstiges Instrument für Ökologen ist eDNA überall zu finden – in der Luft, im Wasser, im Schnee, im Honig und sogar in Ihrer Tasse Tee. Forscher haben diese Methode eingesetzt, um invasive Arten aufzuspüren, bevor sie überhand nehmen, um gefährdete oder geheimnisvolle Wildtierpopulationen aufzuspüren und sogar um Arten wiederzuentdecken, die als ausgestorben galten. Die eDNA-Technologie wird auch in Abwasserüberwachungssystemen eingesetzt, um Covid und andere Krankheitserreger zu überwachen.
Aber die ganze Zeit über haben die Wissenschaftler, die eDNA verwenden, still und heimlich Unmengen menschlicher DNA gesammelt. Für sie ist das eine Verschmutzung, eine Art menschlicher genomischer Beifang, der ihre Daten verunreinigt. Aber was wäre, wenn jemand absichtlich menschliche eDNA sammeln würde?
Neue DNA-Sammeltechniken sind für Strafverfolgungsbehörden “wie Katzenminze”, sagt Erin Murphy, eine Rechtsprofessorin an der New York University School of Law, die sich auf den Einsatz neuer Technologien im Strafrechtssystem spezialisiert hat. Die Polizei hat sich schnell auf unbewiesene Hilfsmittel eingelassen, wie z. B. die Verwendung von DNA zur Erstellung wahrscheinlichkeitsbasierter Skizzen eines Verdächtigen.
Dies könnte ein Dilemma für die Wahrung der Privatsphäre und der bürgerlichen Freiheiten darstellen, zumal der technologische Fortschritt es ermöglicht, mehr Informationen aus immer kleineren eDNA-Proben zu gewinnen. Dr. Duffy und seine Kollegen setzten eine leicht verfügbare und erschwingliche Technologie ein, um herauszufinden, wie viele Informationen sie aus menschlicher DNA gewinnen können, die unter verschiedenen Umständen aus der Umwelt entnommen wurde, z. B. aus Wasserläufen im Freien oder aus der Luft in einem Gebäude.
Die Forschungsergebnisse, die am Montag in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurden, zeigen, dass Wissenschaftler aus winzigen Fragmenten menschlicher DNA, die in der Umwelt verbleiben, medizinische und abstammungsbezogene Informationen gewinnen können.
Forensische Ethiker und Rechtswissenschaftler sind überzeugt, dass die Ergebnisse des Teams aus Florida die Dringlichkeit einer umfassenden Regelung des genetischen Datenschutzes erhöhen. Für die Forscher zeigt sich darin auch ein Ungleichgewicht in den Regeln für solche Techniken in den Vereinigten Staaten – dass es für die Strafverfolgungsbehörden einfacher ist, eine halb gare neue Technologie einzusetzen, als für wissenschaftliche Forscher, eine Genehmigung für Studien zu erhalten, die bestätigen, dass das System überhaupt funktioniert.
Vom genetischen Müll zum genetischen Schatz
Schon seit Jahrzehnten ist klar, dass Fragmente unserer DNA den Planeten wie Müll bedecken. Es schien nur keine Rolle zu spielen. Wissenschaftler glaubten, dass die DNA in der Umwelt zu klein und zu zersetzt sei, um sinnvoll wiederhergestellt zu werden, geschweige denn, um einen einzelnen Menschen zu identifizieren, es sei denn, sie stammte von eindeutigen Proben wie einem Blutfleck oder einem Gegenstand, den jemand berührt hatte.
Wildtierforscher haben sich die Umwelt-DNA trotzdem zu eigen gemacht, weil sie nur nach winzigen DNA-Segmenten suchen – sie scannen nach sogenannten Strichcodes, mit denen sich die Lebewesen in einer Probe bis auf Artniveau identifizieren lassen. Nachdem sie jedoch bei der Überwachung von Krankheiten bei Meeresschildkröten in Florida “überraschende” Mengen menschlicher eDNA in ihren Proben gefunden hatten, machten sich Dr. Duffy und sein Team daran, sich ein genaueres Bild vom Zustand menschlicher DNA in der Umwelt zu machen und herauszufinden, wie viele Informationen sie über die Menschen in einem Gebiet preisgeben könnte.
Zum Beweis ihres Konzepts entnahmen die Forscher in einem ihrer Experimente eine Wasserprobe in der Größe einer Getränkedose aus einem Bach in St. Augustine, Florida. Anschließend ließen sie das genetische Material der Probe durch einen Nanoporen-Sequenzierer laufen, mit dem Forscher längere DNA-Abschnitte ablesen können. Das von ihnen verwendete Gerät kostete etwa 1000 Dollar, hat die Größe eines Zigarettenanzünders und kann wie ein Flash-Laufwerk an einen Laptop angeschlossen werden.
Aus den Proben konnte das Team viel mehr lesbare menschliche DNA gewinnen, als sie erwartet hatten. Und da sich das Wissen über die menschliche Genetik ständig erweitert, kann die Analyse selbst begrenzter Proben eine Fülle von Informationen zutage fördern.
Die Forscher fanden genügend mitochondriale DNA, die seit Tausenden Generationen direkt von der Mutter an das Kind weitergegeben wird, um eine Momentaufnahme der genetischen Abstammung der Bevölkerung um den Bach zu erstellen, die in etwa mit der rassischen Zusammensetzung übereinstimmt, die in den letzten Volkszählungsdaten für das Gebiet angegeben ist (obwohl die Forscher anmerken, dass die rassische Identität ein schlechter Ersatz für die genetische Abstammung ist). Eine mitochondriale Probe war sogar vollständig genug, um die Anforderungen für die Bundesdatenbank für vermisste Personen zu erfüllen.
Sie fanden auch Schlüsselmutationen, die nachweislich ein höheres Risiko für Diabetes, Herzprobleme oder verschiedene Augenkrankheiten mit sich bringen. Den Daten zufolge wies eine Person, deren genetisches Material in der Probe auftauchte, eine Mutation auf, die zu einer seltenen Krankheit führen könnte, die fortschreitende neurologische Beeinträchtigungen verursacht und häufig tödlich verläuft. Die Krankheit ist erblich bedingt und tritt möglicherweise erst im Alter von 40 Jahren auf. Dr. Duffy konnte nicht umhin, sich zu fragen: Weiß diese Person davon? Weiß es die Familie der Person? Weiß die Versicherungsgesellschaft der Person Bescheid?
Überwachung und Forensik
Anna Lewis, eine Harvard-Forscherin, die sich mit den ethischen, rechtlichen und sozialen Auswirkungen der Genforschung befasst, sagte, dass die Umwelt-DNA von Bioethikexperten noch nicht oft diskutiert worden sei. Aber nach den Erkenntnissen von Dr. Duffy und seinen Kollegen wird dies der Fall sein.
Technologien, die sich auf eDNA konzentrieren, könnten ihrer Meinung nach zur Überwachung bestimmter Personengruppen eingesetzt werden – zum Beispiel von Menschen mit einer bestimmten Abstammung oder mit bestimmten Krankheiten oder Behinderungen.
Die Auswirkungen eines solchen Einsatzes, so sind sich die Forscher einig, hängen davon ab, wer die Technologie einsetzt und warum. Während gepoolte eDNA-Proben Forschern des öffentlichen Gesundheitswesens helfen könnten, die Häufigkeit einer Mutation zu bestimmen, die eine Krankheit in einer Gemeinschaft verursacht, könnte dieselbe eDNA-Probe auch dazu verwendet werden, ethnische Minderheiten zu finden und zu verfolgen.
“Dies gibt den Behörden ein mächtiges neues Werkzeug in die Hand”, sagte Dr. Lewis. “Ich denke, es gibt international genug Grund zur Besorgnis”. Länder wie China führen bereits eine umfassende und explizite genetische Überwachung von Minderheiten, einschließlich Tibetern und Uiguren, durch. Werkzeuge wie die eDNA-Analyse könnten dies noch viel vereinfachen, sagte sie.
Wie groß das ethische Minenfeld der eDNA-Forschung sein wird, hängt auch davon ab, inwieweit es möglich ist, eine Person zu identifizieren. In einigen Situationen ist dies bereits möglich.
Die Art von genetischen Daten, die Dr. Duffy von öffentlichen Plätzen gewonnen hat, würde mit den Methoden, die Strafverfolgungsbeamte in den Vereinigten Staaten derzeit zur Identifizierung von Personen verwenden, nicht funktionieren, sagte Robert O’Brien, ein forensischer Biologe an der Florida International University und ehemaliger DNA-Analyst in einem Kriminallabor.
Wenn die DNA-Analysten der Strafverfolgungsbehörden eine Tatortprobe mit einem Verdächtigen vergleichen, suchen sie nach 20 Markern, die über das menschliche Genom verteilt sind und vom Combined DNA Index System (CODIS) des FBI verfolgt werden, sagte O’Brien. Da die von Dr. Duffy untersuchten eDNA-Fragmente nicht mehr als einen Marker auf einmal erfassen können, wird ein öffentlicher Ort wie der Fluss in Florida zu einem albtraumhaften Puzzle, das nur dann nützlich ist, wenn man sicher sein kann, dass mehrere von ihnen von derselben Person stammen.
Forensische Forscher weisen jedoch darauf hin, dass eine individuelle Identifizierung anhand von eDNA bereits in geschlossenen Räumen möglich sein könnte, in denen sich weniger Menschen aufgehalten haben. Im Oktober letzten Jahres hat ein Team des forensischen Forschungszentrums des Osloer Universitätskrankenhauses eine neue Technik zur Gewinnung menschlicher DNA aus Luftproben erprobt und war in der Lage, vollständige CODIS-Profile aus der in der Luft befindlichen DNA in einem Büro zu erstellen.
Das unterstreicht die Möglichkeit, dass Strafverfolgungsbeamte eDNA, die an Tatorten gesammelt wurde, dazu verwenden könnten, Menschen zu belasten, obwohl Wildtierökologen, die die Techniken entwickelt haben, sagen, dass die Wissenschaft für solche Zwecke noch nicht ausgereift ist. Die Wissenschaftler müssen noch die Grundlagen der eDNA klären, z. B. wie sie sich durch Luft oder Wasser bewegt oder wie sie sich im Laufe der Zeit abbaut. Und die Nanoporen-Sequenzierung – die Technologie, die es Dr. Duffys Team ermöglichte, längere und informativere DNA-Fragmente zu finden – hat immer noch eine viel höhere Fehlerquote als ältere Technologien, was bedeutet, dass eine ungewöhnliche genetische Signatur, die wie eine vielversprechende Spur aussieht, ein Ablenkungsmanöver sein könnte.
Wer hat Zugang, wenn die DNA frei verfügbar ist?
In den Vereinigten Staaten gibt es sehr unterschiedliche Regeln dafür, wer die DNA erfassen und analysieren darf.
Universitätswissenschaftler, die mehr über menschliche eDNA erfahren wollen, müssen den Umfang und die Datenschutzbedenken ihrer Studien in einem unvollkommenen Verfahren rechtfertigen, an dem Ethikkommissionen ihrer Einrichtungen beteiligt sind, die Experimente einschränken oder ablehnen können. Für Strafverfolgungsbeamte, die eine neue Technologie ausprobieren, gibt es jedoch keine solchen Leitplanken.
“In fast allen Systemen der Welt gibt es ein Ungleichgewicht zwischen dem, was Strafverfolgungsbehörden machen dürfen, und öffentlich finanzierter Forschung und privaten Unternehmen”, sagt Barbara Prainsack, Professorin an der Universität Wien, die sich mit der Regulierung der DNA-Technologie in Medizin und Forensik beschäftigt.
Während es in einigen Ländern, wie z.B. in Deutschland, eine genehmigte grüne Liste von Technologien und Beweismitteln gibt, die von den Strafverfolgungsbehörden verwendet werden dürfen, ist es in den Vereinigten Staaten genau umgekehrt.
“Es ist ein totaler wilder Westen, ein Freiraum für alle”, sagte Frau Murphy, die Rechtsprofessorin der N.Y.U.. “Man geht davon aus, dass die Polizei so ziemlich alles tun kann, was sie will, es sei denn, es ist ausdrücklich verboten.
Oft erfahren die Öffentlichkeit und andere Regierungsstellen erst auf einer Pressekonferenz, auf der eine Verhaftung bekannt gegeben wird, dass die Strafverfolgungsbehörden eine neue Technik eingeführt haben, sagte Frau Murphy. Sie wies insbesondere auf die Verhaftung von Joseph James DeAngelo, dem Golden State Killer, hin, die die Polizei dem Einsatz der genetischen Genealogie zuschrieb – der Eingabe von Tatort-DNA in familiengeschichtliche Datenbanken und der Triangulation der Identität eines Verbrechers auf der Grundlage entfernter Cousins. In diesen hochkarätigen Fällen, sagte sie, verlassen sich die Strafverfolgungsbehörden “auf den guten Willen, den sie erzeugen, wenn sie die Technologie für wirklich positive Zwecke einsetzen”. Andere Verwendungszwecke werden möglicherweise nicht offengelegt.
Der Schutz vor dem Missbrauch einer neuen Technologie wie der eDNA hängt von den Gerichten ab, deren Erfolgsbilanz nach Ansicht von Experten schlecht ist.
Um unausgereifte oder unausgegorene wissenschaftliche Erkenntnisse aus den juristischen Beratungen herauszuhalten, sollen die Richter vor Gericht feststellen, ob die wissenschaftliche Aussage eines Experten auf einer verlässlichen Grundlage beruht”. Frau Murphy sagte, es sei unzumutbar, von jedem Richter zu erwarten, dass er mit den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen auf dem Laufenden ist. Die Beweisregeln, so fügte sie hinzu, begünstigen die Zulassung von Beweisen und erwarten von den Geschworenen, dass sie herausfinden, was sie glauben und was sie nicht glauben sollen”.
Seit Jahrzehnten arbeiten Organisationen wie das Innocence Project daran, Pseudowissenschaften aus den Gerichten zu verbannen – mikroskopische Haaranalysen, Blutspritzeranalysen und Bisswunden wurden allesamt dazu verwendet, Angeklagte zu Unrecht zu verurteilen. Selbst angesichts der überwältigenden Beweise, dass diese Technologien nicht zuverlässig sind, “zögern die Gerichte immer noch, sie nicht zuzulassen oder einen Fall zu verwerfen”, der auf solchen Beweismitteln beruht, weil es schon lange Präzedenzfälle für ihre Verwendung gibt, so Aliza Kaplan, Professorin an der Lewis & Clark Law School in Portland, Oregon, und Beraterin des Forensic Justice Project.
Das im Vierten Verfassungszusatz verankerte Verbot der “unangemessenen Durchsuchung und Beschlagnahme” ohne hinreichenden Grund soll auch die Aushöhlung der Privatsphäre durch eine leistungsstarke neue Technologie verhindern. Seit Anfang der 2000er-Jahre vertreten jedoch viele Staatsanwälte und Gerichte den Standpunkt, dass jede DNA, die nicht mehr mit einer Person verbunden ist, nicht mehr benötigt wird, d. h., die Polizei braucht keinen Durchsuchungsbefehl, um sie zu sammeln.
Es ist jedoch fast unmöglich, die Hinterlassung von DNA in der Öffentlichkeit zu vermeiden. Dr. Duffy und seine Kollegen fanden heraus, dass sie erfolgreich menschliche DNA aus der Luft sammeln konnten, sogar von Menschen, die Handschuhe, OP-Masken und Kittel trugen.
“Das widerlegt wirklich die Vorstellung, dass wir unser genetisches Material in einer Weise freiwillig abgeben”, sagte Vera Eidelman, eine Anwältin der American Civil Liberties Union, die sich auf verfassungsrechtliche Ansprüche in Bezug auf die genetische Privatsphäre konzentriert und nicht an der Studie des Teams aus Florida beteiligt war.
Einverständnis und genetischer Exzeptionalismus
Man kann die Entnahme menschlicher eDNA-Proben mit anderen Überwachungstechnologien vergleichen, denen die Bürger nicht individuell zustimmen, wie Kameras zur Gesichtserkennung. Experten zufolge gibt es jedoch einen wichtigen Unterschied.
Wenn es um die Sammlung von DNA geht, sind nicht nur Einzelpersonen betroffen. Es sind auch Familienmitglieder und in manchen Kontexten auch Gemeinschaften betroffen”, sagt Sandra Soo-Jin Lee, eine Biomedizinethikerin an der Columbia University.
“Die DNA lässt sich bis zu Ihren erweiterten Verwandten zurückverfolgen, in der Zeit vorwärts bis zu Ihren Kindern, in der Zeit rückwärts bis zu Ihren Vorfahren”, fügte Frau Murphy hinzu. “Wer weiß schon, was uns die DNA in Zukunft über die Menschen sagen wird oder wie sie genutzt werden kann?”
Es gibt einen großen Markt für genetische Informationen – von Pharmaunternehmen, die Therapeutika entwickeln, über Versicherungsmathematiker bis zu Forschern im Bereich der öffentlichen Gesundheit. Der Schutz der Öffentlichkeit wird jedoch dadurch behindert, dass es keine praktikablen rechtlichen Definitionen dafür gibt, was DNA eigentlich ist. Ist sie persönliches Eigentum, fragt Frau Murphy? Sind es Daten? Handelt es sich immer um medizinische Informationen? Wem gehört sie, wenn sie einmal gesammelt wurde?
Bioethiker und Bürgerrechtsexperten sind überzeugt, dass die Warnung von Dr. Duffy den Entscheidungsträgern eine seltene Gelegenheit bietet, die Ethik und die Rechtmäßigkeit einer neuen Gentechnik zu erörtern, bevor sie in großem Umfang eingesetzt wird. Normalerweise müssen sie das nachholen – aber dank der Wildtierökologen haben sie jetzt einen bescheidenen Vorsprung.
