DNA数字化 了解威胁

生物科学正在日益数字化。我们这样的研究人员使用计算机来分析DNA，运行实验室设备和储存遗传DNA信息。但新的能力也意味着新的风险 - 生物学家可能没有意识到数字化生物技术带来的潜在的脆弱性。

2010年，伊朗的一家核电厂经历了神秘的设备故障。几个月后，一家安全公司被要求解决一个显然不相关的问题。他们发现一个恶意的电脑病毒。这种名为Stuxnet的病毒告诉设备振动。这个故障关闭了三分之一的电厂设备，阻碍了伊朗核计划的发展。

与大多数病毒不同，Stuxnet不仅仅是针对计算机。它袭击了电脑控制的设备。

计算机科学与生物学的结合为惊人的发现打开了大门。在计算机的帮助下，我们正在解码人类基因组，创造具有新功能的生物体，使药物开发自动化，并彻底改变食品安全。

Stuxnet表明，网络安全违规可能会造成物理损害。如果这些损害有生物学后果呢？生物恐怖分子是否可以针对研究传染病的政府实验室？那么制药公司生产救生药物呢？随着生命科学家越来越依赖数字工作流程，机会可能会上升。

与DNA混淆

网上获取遗传信息的便利性使科学民主化，使社区实验室的业余科学家能够应对诸如开发经济实惠的胰岛素等挑战。

但是物理DNA序列与其数字表示之间的界限变得越来越模糊。数字信息，包括恶意软件，现在可以通过DNA进行存储和传输。J. Craig Venter研究所甚至创建了一个用编码链接和隐藏信息加水印的整个合成基因组。

二十年前，基因工程师只能通过拼接天然的DNA分子来创造新的DNA分子。今天科学家可以使用化学过程来生产合成的DNA。

这些分子的序列通常使用软件生成。就像电气工程师使用软件设计计算机芯片，计算机工程师使用软件编写计算机程序一样，遗传工程师也使用软件来设计基因。

这意味着访问特定的实物样本不再需要创建新的生物样本。要说所有你需要创造一个危险的人类病原体是互联网访问将是一个多报 - 但只是一个轻微的。例如，2006年，一名记者利用公开的数据在邮件中订购了一个天花DNA片段。前一年，疾病控制中心使用已发表的DNA序列作为蓝图，重建负责西班牙流感的病毒，这是有史以来最致命的传染病之一。

在计算机的帮助下，编辑和编写DNA序列几乎与操纵文本文件一样简单。这可以用恶意的意图完成。

第一：认识到威胁

到目前为止，有关网络安全的对话主要集中在世界末日的情况。威胁是双向的。

一方面，像Stuxnet这样的计算机病毒可以用来侵入生物实验室的数控机器。DNA甚至可以用来通过编码恶意软件来传递攻击，当DNA序列被测序计算机翻译成数字文件时，恶意软件被解锁。

另一方面，坏的角色可以使用软件和数字数据库来设计或重建病原体。如果恶意代理人进入序列数据库或数字设计的新DNA分子意图造成危害，结果可能是灾难性的。

并不是所有的网络安全威胁都是有预谋的或者是犯罪的。在物理DNA分子与其数字参考之间进行翻译时发生的无意识错误是常见的。这些错误可能不会危及国家安全，但可能会导致代价高昂的延迟或产品召回。

尽管存在这些风险，但研究人员从合作者或公司订购样品并不奇怪，并且从不打算确认他们收到的实际样品是否符合他们期望的数字序列。

基础设施的变化和新技术可能有助于提高生命科学工作流程的安全性。例如，自愿筛选指南已经到位，以帮助DNA合成公司筛选已知病原体的订单。大学可以为任何即将离任的DNA合成订单制定类似的强制性准则

目前还没有简单，经济的方法通过全基因组测序来确认DNA样本。简单的协议和用户友好的软件可以开发，所以通过测序筛选成为例行公事。

操纵DNA的能力曾经是选择的少数人的特权，在范围和应用上非常有限。今天，生命科学家依靠全球供应链和以前所未有的方式操纵DNA的计算机网络。现在开始思考数字/ DNA接口安全性的时候，并不是在类似于网络安全的新型安全漏洞之后。