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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2023.tde-26102023-100339
Document
Author
Full name
Leonardo Toshinobu Kimura
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Simplicio Junior, Marcos Antonio (President)
Henriques, Marco Aurélio Amaral
Miers, Charles Christian
Title in Portuguese
Amazon Biobank: um banco de dados genético baseado em blockchain para bioeconomia.
Keywords in Portuguese
Banco de dados genético
Biotecnologia
Computadores (Segurança)
Sistemas distribuídos
Abstract in Portuguese
A bioeconomia é proposta como uma alternativa sustentável para o desenvolvimento econômico de regiões de alta biodiversidade. Especialmente no campo da genômica, o desenvolvimento de sequenciamento genético de baixo custo abre uma oportunidade para novos atores além da academia de se envolverem na atividade. No entanto, os repositórios genômicos existentes sofrem com a falta de rastreabilidade de dados e mecanismos econômicos de compartilhamento de benefícios, resultando em menor motivação para os provedores de dados. Para enfrentar esse desafio, é apresentado Amazon Biobank, um banco de dados genético comunitário. Ao usar as tecnologias blockchain e peer-to-peer (P2P), é permitido o compartilhamento de dados distribuído e transparente, enquanto os smart contracts garantem o compartilhamento justo de benefícios entre todos os participantes do sistema. Além disso, o Amazon Biobank foi projetado para ser auditável por qualquer usuário, reduzindo a necessidade de administradores confiáveis do sistema. Para validar essa abordagem, foi implementado um protótipo usando Hyperledger Fabric e BitTorrent e avaliamos seu desempenho. Os resultados mostram que o protótipo pode suportar pelo menos 400 transações por segundo em uma pequena rede e que isso pode ser melhorado adicionando novos nós ou alocando recursos computacionais adicionais. Assim, é esperado que o Amazon Biobank sirva como uma ferramenta vital para a pesquisa biotecnológica colaborativa, promovendo o desenvolvimento sustentável em regiões de alta biodiversidade.
Title in English
Amazon Biobank: a blockchain-based genomic database for bioeconomyi.
Keywords in English
Benefit-sharing
Biodiversity
Blockchain
DNA database
DNA sequencing
Smart contract
Sustainable development
Abstract in English
Bioeconomy is proposed as a sustainable alternative for the economic development of high-biodiversity regions. Especially in the field of biodiversity genomics, the development of low-cost DNA sequencing opens an opportunity for new actors beyond academia to engage in genomic sequencing. However, existing genomic repositories suffer from a lack of data traceability and economic benefit-sharing mechanisms, resulting in limited motivation for data providers to contribute. To address this challenge, we present Amazon Biobank, a community-driven genetic database. By leveraging blockchain and peer-to-peer (P2P) technologies, we enable distributed and transparent data sharing, while smart contracts ensure fair benefit-sharing among all system participants. In addition, Amazon Biobank is designed to be auditable by any user, reducing the need for trusted system managers. To validate our approach, we implemented a prototype using Hyperledger Fabric and BitTorrent and evaluate its performance. Our results show that the prototype can support at least 400 transactions per second in a small network and that it can be further improved by adding new nodes or allocating additional computational resources. We expect that Amazon Biobank will serve as a vital tool for collaborative biotechnology research, fostering sustainable development in high-biodiversity regions.
 
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Publishing Date
2023-10-27
 
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