世界各地的生物學家經常付費給公司合成 DNA 片段，用於實驗室或臨床。但情報專家和科學家多年來一直擔心，生物恐怖分子可能會劫持此類服務，製造危險的病毒和毒素，也許可以透過對基因序列進行微小的改變來規避安全檢查，同時又不改變 DNA 的功能。
現在，美國政府正在支援使用機器學習來檢測 DNA 序列是否編碼了危險病原體的一部分。研究人員開始在設計基於人工智慧的篩選工具方面取得進展，幾個小組於 1 月 31 日在弗吉尼亞州阿靈頓舉行的美國微生物學會 (ASM) 生物威脅會議上展示了早期成果。他們的發現可以幫助人們更好地瞭解病原體如何損害身體，以及科學家如何將 DNA 序列與特定的生物功能聯絡起來的新方法。
俄亥俄州哥倫布市技術開發公司巴特爾公司的計算生物技術主管奧馬爾·塔巴 (Omar Tabbaa) 表示：“過去，你會把病原體鎖起來，並在它面前部署一支軍隊，你就沒事了。”
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但塔巴表示，DNA 工程成本的降低和難度的降低改變了生物安全威脅的性質。任何想要特定 DNA 片段的人都可以以每個鹼基幾美分的價格合成稱為鹼基的字母串。2006 年，英國《衛報》的記者付費給一家 DNA 合成公司製造了部分天花病毒，促使政府和科學家呼籲採取更嚴格的篩選措施。
逐個字母
2009 年，幾家最大的 DNA 合成公司組成了一個聯盟，制定了標準化的程式，用於檢查客戶提交的序列是否與已知病原體的資料庫匹配。如果自動篩選標記出一個序列，該公司可以在合成 DNA 之前檢查客戶是否是合法的研究人員。
但這些現有程式僅能挑出與已知病原體完全匹配的序列部分。聰明的恐怖分子可以透過改變病毒或產生毒素的基因中的幾個鹼基，甚至透過設計一種自然界中不存在的全新病原體來欺騙該系統。更糟糕的是，資料庫本身通常充滿了錯誤，這是由於 DNA 測序方式的差異造成的。
考慮到這一點，美國情報高階研究計劃局 (IARPA) 於 2016 年發起了一項計劃，旨在設計更好的演算法來識別潛在的威脅序列。該計劃的經理約翰·朱利亞斯 (John Julias) 表示，來自工業界和學術界的五個團隊正在參與該計劃的競爭。該機構拒絕透露該計劃的預算。
到 2020 年，預計這些團隊將開發出一種方法，在不到兩週的時間內確定未知序列是否構成威脅。弗吉尼亞州夏洛茨維爾大學的軟體工程師安德魯·沃倫 (Andrew Warren) 表示，這將是一項艱鉅的任務。“我們必須能夠識別地球上的任何生物體及其分子功能。”
共同點
沃倫的團隊正在設計一個程式，該程式將比較來自 90,000 種微生物物種的 4000 萬個序列記錄。該演算法學會識別已知毒素和病原體的 DNA 序列，識別它們的共同特徵，然後在其他生物體中搜索相似的序列。他的團隊在 ASM 會議上展示的工作尚處於早期階段，但沃倫表示，該演算法已經可以可靠地預測序列來自哪種型別的生物體。
塔巴在巴特爾的團隊正在使用來自公共和專有資料庫的序列開發類似的演算法，他表示，計算機演算法可以識別人們會忽略的病原體之間的共性。這將有助於程式區分 DNA 序列的重要部分和那些可以在不影響病原體功能的情況下更改的部分。目標是找出未知序列中可能構成安全威脅的部分。
巴特爾團隊希望該程式還可以揭示關於生物體基本生物學的新資訊，例如一種允許毒素或病毒粘附在細胞上的通用 DNA 序列。塔巴表示，此類發現可以幫助研究人員開發快速診斷感染或改進生物製造的新方法。“我們認為這將會帶來很多成果，”他說。
但華盛頓州西雅圖的風險投資公司生物經濟資本的總經理羅布·卡爾森 (Rob Carlson) 懷疑，阻止 DNA 合成公司被利用是否可以阻止生物恐怖襲擊。“如果你看看迄今為止出現的生物威脅型別，這不是其中之一，”他說。大多數襲擊都涉及在實驗室中培養的現有病原體的釋放；例如，2001 年，在美國，五人死亡，17 人因收到炭疽病信件而生病。
卡爾森表示，恐怖分子更有可能遵循已發表的研究藍圖，而不是開展研究專案來設計新的生物體。他擔心，任何政府監管 DNA 合成的努力都會將潛在的生物恐怖分子推向地下。
IARPA 拒絕就該機構是否也有此類擔憂發表評論。
本文經許可轉載，並於 2019 年 1 月 31 日首次發表。