Surf Innovatieblog
innovation bloginnovatieblog

Innovatieblog -Innovation Blog - Network

Paul van Dijk
Samenwerken aan genoomdata: De uitwisseling van datasets en rekenkracht voor genoomonderzoek
, , , , , ,
19
JUN
2017

Genoomonderzoekers in Nederland werken intensief met elkaar samen aan omics data (zoals genoom- en metaboloomdata). Om omics data makkelijk en veilig onderling te kunnen uitwisselen loopt nu een pilot met E-LAN netwerktechnologie. Hiermee is een gezamenlijke netwerkomgeving ontwikkeld die is afgescheiden van het internet: het UMC Research LAN. In deze pilot testen we ook een infrastructuur voor authenticatie- en autorisatie, zodat onderzoekers van verschillende instellingen elkaar veilig toegang kunnen geven tot hun datasets en rekenkracht.

Noodzaak tot samenwerken

Genoomonderzoekers in Nederland werken intensief met elkaar samen aan omics data (zoals genoom- en metaboloomdata). Samenwerken is ook hard nodig, want er zijn grote steekproeven nodig om significante patronen te kunnen vinden in data, zeker nu het hele genoom geanalyseerd kan worden. “Het is te kostbaar en onmogelijk om zelf alle data te verzamelen”, licht Marian Beekman toe. Beekman is werkzaam bij het LUMC en werkpakketcoördinator binnen de nationale infrastructuur voor biobanken BBMRI-NL (Biobanking and BioMolecular resources Research Infrastructure The Netherlands). Om samen te kunnen werken, bouwt BBMRI nu aan één virtueel platform, dat deels gefedereerd is en deels centraal bij SURF staat. Dit platform voor omics data is een virtueel ‘datahuis’ waar verschillende soorten datasets zijn te vinden en onderzoekers van verschillende UMC’s ook analyses kunnen doen.

Data uitwisselen tussen UMC’s

“Binnen BBMRI werken onderzoekers aan grote datasets waarvan ze niet alle analyses op één locatie kunnen doen”, vertelt Jeroen Laros, onderzoeker aan het LUMC. Een voor de hand liggende oplossing is het snel en veilig kunnen overzetten van data tussen de verschillende UMC’s en het delen van rekenkracht. “Op dit moment gebeurt dit al tussen het UMCG en LUMC en op termijn willen we met meer UMC’s data en rekenkracht gaan uitwisselen”, aldus Laros.

Atlas van het genoom
Een van de BBMRI-projecten werkt aan een atlas van het hele genoom. Deze atlas komt op een website die voor iedereen toegankelijk is. Een onderzoeker die een specifieke ziekte onderzoekt en uitkomt bij een specifiek DNA-gebied, kan in de genoomatlas opzoeken waarmee dat gebied samenhangt.

Voorspellen van verloop van een ziekte

Ook richt BBMRI-NL zich op het metabolietenprofiel bij ziektes. Metabolieten zijn de afbraakproducten van de stofwisseling en meetbaar in het bloed. Patronen en afwijkingen in het metabolietenprofiel geven aanwijzingen over iemands gezondheidstoestand. Als een patiënt diabetes heeft of een hartaanval gehad heeft, kun je dat aflezen in zijn metabolietenprofiel. Met nieuw onderzoek gaan ze binnen BBMRI-NL nog een stap verder. Ze onderzoeken nu ook of je aan de hand van iemands metabolietenprofiel kan voorspellen hoeveel kans een hartpatiënt heeft dat hij nog een keer een hartaanval krijgt. En of je het verloop van diabetes kan voorspellen bij een diabetespatiënt. Voor dit soort voorspellingen is veel data nodig.

Speciale netwerkinfrastructuur

Het combineren en uitwisselen van zulke grote datasets vraagt om een speciale netwerkinfrastructuur. Om omics data makkelijk en veilig onderling te kunnen uitwisselen loopt nu een pilot met E-LAN netwerktechnologie. Hiermee is een gezamenlijke netwerkomgeving ontwikkeld die is afgescheiden van het internet: het UMC Research LAN. Hiermee is in feite een landelijk ‘lokaal’ netwerk voor UMC’s gebouwd (zie figuur 1). Hierdoor komen data en rekenclusters van verschillende UMC’s en ook SURF virtueel op één plek samen. Op deze manier kunnen onderzoekers gegevens uitwisselen en analyseren in een afgeschermde netwerkomgeving die is geoptimaliseerd voor onderzoek. Omdat ook SURFsara is aangesloten op het UMC Research LAN, kan een onderzoeker bovendien moeiteloos opschalen naar meer rekenkracht bij SURFsara als binnen het eigen UMC onvoldoende capaciteit beschikbaar is.

Figuur 1. Generieke internetverbinding (links) en gesloten UMC Research LAN-verbinding voor high performance doeleinden (rechts)

E-LAN, een virtueel privaat netwerk tussen instellingen
In een E-LAN zijn meerdere instellingen met elkaar verbonden via een laag 2 multipoint-to-multipoint verbinding. De uitwisseling van data blijft beperkt tot de eindpunten binnen het E-LAN. In de pilot UMC Research LAN zijn dat de 3 UMC’s (LUMC, UMCU, UMCG/RuG) en SURFsara. Hierdoor ontstaat een virtueel privaat netwerk. Door de laag 2-functionaliteit binnen een E-LAN, kan elke locatie met elke andere locatie data uitwisselen, net zoals wanneer ze op hetzelfde LAN aanwezig zouden zijn. Zo krijgen de samenwerkende UMC’s een landelijk dekkend netwerk dat wat performance betreft voelt als een lokaal netwerk. Op dit moment is het E-LAN statisch geconfigureerd. Het is een van het internet geïsoleerde omgeving naar een beperkt aantal locaties. In de toekomst kunnen de verbindingen dynamisch worden geconfigureerd.

Toegang tot data

Zulke samenwerkingen die over instellingsmuren heen gaan, vragen ook om een geschikte infrastructuur voor authenticatie- en autorisatie. “Je moet op een makkelijke manier kunnen bepalen wie toegang heeft tot de data en wat iemand mag doen met de data”, vertelt Marian Beekman. Daarvoor loopt op dit moment een pilot met COmanage en OpenConext. Een onderzoeker kan dan met zijn instellingsaccount inloggen. Dat heeft voordelen voor de onderzoeker – het is zijn eigen vertrouwde account -, en voor de eigenaar van de gedeelde dataset of rekenkracht. Deze weet nu zeker wie de gebruiker is, want deze heeft zich geauthentiseerd met een account dat door de instelling is geverifieerd. De hoofdonderzoeker kan met COmanage groepen aanmaken, onderzoekers uitnodigen en rollen toekennen aan wie wat mag doen. Het doel is dat onderzoekers uit heel Nederland toegang hebben tot het virtuele datahuis, maar uiteindelijk moeten eveneens onderzoekers in internationale samenwerkingsprojecten toegang tot deze data kunnen krijgen.

Samenwerken aan geneeskunde op maat

Het uiteindelijke doel van dit alles is geneeskunde op maat: Geneeskunde die predictief, gepersonaliseerd, preventief en participatief is. Dat vraagt om goede samenwerking tussen onderzoekers, maar ook om een ICT-infrastructuur die het onderling vertrouwen waarborgt en die is ingericht op de veiligheidseisen en behoeften van de onderzoekers, zoals het snel kunnen uitwisselen van datasets en rekenkracht. Zonder een geschikte ICT-infrastructuur kunnen onderzoekers niet optimaal samenwerken en worden wellicht oplossingen gekozen die de veiligheidstoets niet doorstaan.

Meer informatie

 

 

Twitter Print Google+ LinkedIn
Paul van Dijk
About the Author
Paul van Dijk werkt bij SURFnet. Als community manager onderzoek vormt hij de verbindende schakel tussen SURF (diensten en innovaties) en de onderzoeksgemeenschap. Paul is projectleider binnen het Horizon 2020-project AARC (Authentication and Authorization for Research and Collaboration). Ook is hij lid van de Support4Research-projectgroep van SURF.

*