ДНК ушла в цифровую форму - что может пойти не так?

Биология становится все более оцифрованной. Исследователи, как и мы, используют компьютеры для анализа и хранения генетической информации ДНК...

 
Но новые возможности также означают и новые риски - и биологи в значительной степени не знают о потенциальных уязвимостях связанных с оцифровкой в биотехнологии.

Появляющаяся область кибербезопасности исследует всю новую категорию рисков связанных с увеличением использования компьютеров в науке о жизни.

Компьютерные вирусы влияющие на физический мир

В 2010 году на атомной электростанции в Иране произошли таинственные сбои в оборудовании. Через несколько месяцев была вызвана охранная фирма для устранения непонятной проблемы. Они обнаружили вредоносный компьютерный вирус. Вирус, называемый Stuxnet вызвал вибрацию оборудования. Из за этой неисправности была отключена треть оборудования завода, что послужило задержкой в развитии иранской ядерной программы.

В отличие от большинства вирусов, Stuxnet не ориентировался только на компьютеры. Он атаковал оборудование управляемое компьютерами.

Брак информатики и биологии открыл двери для удивительных открытий. С помощью компьютеров мы расшифровываем человеческий геном, создаем организмы с новыми возможностями, автоматизируем разработку лекарств и революционизируем безопасность пищевых продуктов.

Stuxnet продемонстрировал, что нарушения кибербезопасности могут нанести физический ущерб. Что, если эти повреждения будут иметь биологические последствия? Могут ли биотеррористы нацелиться на правительственные лаборатории, изучающие инфекционные заболевания? Что может быть с фармацевтическими компаниями производящих спасающие жизнь лекарства?

Манипуляции с ДНК

Легкость доступа к генетической информации в Интернете имеет демократизированную науку, позволяющую ученым-любителям в местных лабораториях решать такие задачи, как создание доступного инсулина.

Но линия между физическими последовательностями ДНК и их цифровым представлением становится все более размытой. Цифровая информация, включая вредоносное ПО, теперь может храниться и передаваться через ДНК. Институт Дж. Крейга Вентера даже создал целый синтетический геном с водяными знаками с кодированными ссылками и скрытыми сообщениями.

Двадцать лет назад генетические инженеры могли создавать новые молекулы ДНК, сшивая естественные молекулы ДНК. Сегодня ученые могут использовать химические процессы для получения синтетического ДНК.

Последовательность этих молекул часто генерируется с использованием программного обеспечения. Точно так же, как инженеры-электрики используют программное обеспечение для разработки компьютерных чипов, а компьютерные инженеры используют программное обеспечение для написания компьютерных программ, генетические инженеры используют программное обеспечение для разработки генов.

Это означает, что доступ к конкретным физическим образцам больше не нужен для создания новых биологических образцов. Сказать, что все, что вам нужно для создания опасного человеческого патогена, - это доступ в Интернет, будет преувеличением - но лишь небольшим.

Например, в 2006 году один журналист использовал общедоступные данные для заказа фрагмента ДНК оспы по почте. В прошлом году Центры по контролю за заболеваниями использовали опубликованные последовательности ДНК в качестве плана восстановления вируса, ответственного за испанский грипп (одну из самых смертоносных пандемий всех времён).

С помощью компьютеров редактирование и запись последовательностей ДНК почти так же проста как манипулирование текстовыми документами. И это может быть сделано со злым умыслом.

Во-первых: нужно распознать угрозу

До сих пор разговоры о кибербезопасности в основном касались сценариев конца света. Угрозы двунаправленные.

С одной стороны, компьютерные вирусы, такие как Stuxnet, могут быть использованы для взлома в цифровом управлении в лабораториях биологии. ДНК может даже использоваться для доставки атаки путем кодирования вредоносного ПО, которое разблокируется, когда последовательности ДНК преобразуются в цифровые файлы с помощью компьютера последовательности.

С другой стороны, плохие актеры могут использовать программное обеспечение и цифровые базы данных для разработки или реконструкции патогенов. Если злоумышлиники взломают базы данных последовательностей ДНК или создадут в цифровой форме новые молекулы ДНК с намерением причинить вред, результаты могут быть катастрофическими.

И не все угрозы кибербезопасности преднамеренные или преступные. Непреднамеренные ошибки, возникающие при переводе между физической молекулой ДНК и ее цифровой ссылкой, являются общими. Эти ошибки могут не поставить под угрозу национальную безопасность, но могут привести к дорогостоящим задержкам или отзыву продукта.

Несмотря на эти риски, исследователям нередко приходится заказывать образцы у соавтора или компании и никогда не удосуживаться проверить что физический образец который они получают, соответствует цифровой последовательности которую они ожидали.

Изменения в инфраструктуре и новые технологии могут помочь повысить безопасность рабочих процессов в области науки о жизни. Например, уже существуют добровольные рекомендации по скринингу, чтобы помочь компаниям производящим синтез ДНК, отследить заказы на известные патогены. Университеты могут вводить аналогичные обязательные руководящие принципы для любых исходящих порядков синтеза ДНК.

В настоящее время нет простого и недорогого способа подтвердить образцы ДНК целым секвенированием генома. Могут быть разработаны упрощенные протоколы и удобное для пользователя программное обеспечение так что скрининг путем секвенирования не будет рутинным.

Способность манипулировать ДНК была когда-то привилегией избранных немногих и очень ограниченной по охвату и применению. Сегодня ученые-медики полагаются на глобальную цепочку поставок и сеть компьютеров которые манипулируют ДНК беспрецедентными способами.
Настало время, чтобы начать думать о безопасности цифрового ДНК -интерфейса сейчас, а не после нового нарушения кибербезозащиты подобного Stuxnet.


Дженна Гальегос Е. Научный сотрудник в химической и биологической инженерии, Университет штата Колорадо

Материалы о строительстве, ремонте и интерьере ищите здесь СтройПросвещение