Biologin blir allt mer digitaliserad. Forskare som vi använder datorer för att analysera DNA, driva labbutrustning och lagra genetisk information. Men nya förmågor innebär också nya risker – och biologer är fortfarande i stort sett omedvetna om de potentiella sårbarheter som följer med digitalisering av bioteknik.

Det framväxande området cyberbiosäkerhet utforskar den helt nya kategorin av risker som kommer med den ökade användningen av datorer inom biovetenskaperna.

Universitetsforskare, Branschintressenter och statliga agenter har börjat samlas för att diskutera dessa hot. Vi har till och med varit värd för FBI-agenter från direktoratet för massförstörelsevapen här vid Colorado State University och tidigare på Virginia Tech för snabbkurser om syntetisk biologi och de associerade cyberbiosäkerhetsrisker. Ett år sedan, vi deltog i ett projekt finansierat av det amerikanska försvarsdepartementet för att utvärdera säkerheten för bioteknisk infrastruktur. Resultaten är klassificerade, men vi avslöjar några av lärdomarna i vårt nya Trends in Biotechnology paper.

Tillsammans med medförfattare från Virginia Tech och University of Nebraska-Lincoln, vi diskuterar två stora typer av hot:att sabotera de maskiner som biologer litar på och att skapa farliga biologiska material.

Datavirus som påverkar den fysiska världen

2010, ett kärnkraftverk i Iran upplevde mystiska utrustningsfel. Månader senare, en säkerhetsfirma kallades in för att felsöka ett till synes orelaterade problem. De hittade ett skadligt datavirus. Viruset, kallas Stuxnet, sa åt utrustningen att vibrera. Felet stängde av en tredjedel av anläggningens utrustning, hämmande utvecklingen av det iranska kärnkraftsprogrammet.

Till skillnad från de flesta virus, Stuxnet riktade sig inte bara till datorer. Den attackerade utrustning som kontrollerades av datorer.

Äktenskapet mellan datavetenskap och biologi har öppnat dörren för fantastiska upptäckter. Med hjälp av datorer, vi avkodar det mänskliga genomet, skapa organismer med nya förmågor, automatisera läkemedelsutveckling och revolutionera livsmedelssäkerhet.

Stuxnet visade att cybersäkerhetsbrott kan orsaka fysiska skador. Tänk om dessa skador fick biologiska konsekvenser? Kan bioterrorister rikta in sig på statliga laboratorier som studerar infektionssjukdomar? Hur är det med läkemedelsföretag som tillverkar livräddande läkemedel? När livsforskare blir mer beroende av digitala arbetsflöden, chanserna ökar sannolikt.

Bråkar med DNA

Lättheten att få tillgång till genetisk information online har demokratiserat vetenskapen, gör det möjligt för amatörforskare i samhällets laboratorier att ta itu med utmaningar som att utveckla insulin till ett överkomligt pris.

Men gränsen mellan fysiska DNA-sekvenser och deras digitala representation blir allt mer suddiga. Digital information, inklusive skadlig programvara, kan nu lagras och överföras via DNA. J. Craig Venter Institute skapade till och med ett helt syntetiskt genom vattenmärkt med kodade länkar och dolda meddelanden.

Tjugo år sedan, gentekniker kunde bara skapa nya DNA-molekyler genom att sy ihop naturliga DNA-molekyler. Idag kan forskare använda kemiska processer för att producera syntetiskt DNA.

Sekvensen av dessa molekyler genereras ofta med hjälp av programvara. På samma sätt som elektroingenjörer använder mjukvara för att designa datachips och dataingenjörer använder mjukvara för att skriva datorprogram, gentekniker använder mjukvara för att designa gener.

Det betyder att tillgång till specifika fysiska prover inte längre är nödvändig för att skapa nya biologiska prover. Att säga att allt du behöver för att skapa en farlig mänsklig patogen är tillgång till internet skulle vara en överdrift – men bara en liten sådan. Till exempel, under 2006, en journalist använde allmänt tillgänglig data för att beställa ett fragment av smittkopps-DNA med posten. Året före, Centers for Disease Control använde publicerade DNA-sekvenser som en ritning för att rekonstruera viruset som är ansvarigt för spanska sjukan, en av de dödligaste pandemierna genom tiderna.

Med hjälp av datorer, att redigera och skriva DNA-sekvenser är nästan lika enkelt som att manipulera textdokument. Och det kan göras med uppsåt.

Först:Erkänn hotet

Samtalen kring cyberbiosäkerhet har hittills till stor del fokuserat på domedagsscenarier. Hoten är dubbelriktade.

Å ena sidan, datorvirus som Stuxnet skulle kunna användas för att hacka sig in i digitalt styrda maskiner i biologilabb. DNA kan till och med användas för att leverera attacken genom att koda skadlig programvara som låses upp när DNA-sekvenserna översätts till digitala filer av en sekvenseringsdator.

Å andra sidan, dåliga aktörer kan använda mjukvara och digitala databaser för att designa eller rekonstruera patogener. Om skändliga agenter hackar sig in i sekvensdatabaser eller digitalt designade nya DNA-molekyler i avsikt att orsaka skada, resultaten kan bli katastrofala.

Och inte alla cyberbiosäkerhetshot är överlagda eller kriminella. Oavsiktliga fel som uppstår vid översättning mellan en fysisk DNA-molekyl och dess digitala referens är vanliga. Dessa fel kanske inte äventyrar den nationella säkerheten, men de kan orsaka kostsamma förseningar eller produktåterkallelser.

Trots dessa risker, det är inte ovanligt att forskare beställer prover från en samarbetspartner eller ett företag och aldrig bryr sig om att bekräfta att det fysiska provet de får stämmer överens med den digitala sekvens de förväntade sig.

Infrastrukturförändringar och ny teknik kan bidra till att öka säkerheten för arbetsflöden inom life science. Till exempel, Frivilliga screeningriktlinjer finns redan för att hjälpa DNA-syntesföretag att screena beställningar för kända patogener. Universitet kan införa liknande obligatoriska riktlinjer för alla utgående DNA-syntesordrar.

Det finns för närvarande heller ingen enkel, överkomligt sätt att bekräfta DNA-prover genom helgenomsekvensering. Förenklade protokoll och användarvänlig programvara skulle kunna utvecklas, så att screening genom sekvensering blir rutin.

Förmågan att manipulera DNA var en gång ett privilegium för de få utvalda och mycket begränsade i omfattning och tillämpning. I dag, Livsforskare litar på en global leveranskedja och ett nätverk av datorer som manipulerar DNA på ett aldrig tidigare skådat sätt. Dags att börja tänka på säkerheten för det digitala/DNA-gränssnittet är nu, inte efter ett nytt Stuxnet-liknande cyberbiosäkerhetsbrott.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.