最近，加州大學(xué)的工程師們表示，他們已經(jīng)證明，窺探生物技術(shù)公司如何制造合成 DNA 是可行的，只需要一段錄音就能實(shí)現(xiàn)：只要把一部智能手機(jī)放在 DNA 合成器附近，錄下聲音，然后通過訓(xùn)練有素的算法來識別 DNA 合成器發(fā)出的滴答聲和嗡嗡聲，這樣就能確切地知道合成器中正在生成的 DNA“模塊”的相關(guān)組合序列。

上周，研究人員在圣地亞哥舉行的 2019 年網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)安全研討會(huì)上展示了他們的研究結(jié)果。研究人員在一種廣泛使用的老式 DNA 合成器 3400 上演示了上述技術(shù)。

研究人員進(jìn)行這項(xiàng)研究的目的是說服工程師，在設(shè)計(jì)生物儀器時(shí)需要考慮到這些安全漏洞。研究人員表示，網(wǎng)絡(luò)入侵并不是竊取專用數(shù)據(jù)的唯一途徑。

加州大學(xué)歐文分校的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授 Mohammad Al Faruque 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了相關(guān)算法，他說：“這臺機(jī)器發(fā)出的聲音是問題所在。”他還表示，機(jī)器傳出的所有信息都可以進(jìn)行分析。機(jī)器可以發(fā)射電磁場、散熱或者振動(dòng)，所有這些都可能為不法分子或生物恐怖分子提供挖掘敏感信息的線索。Al Faruque 說，制造機(jī)器的相關(guān)人員需要“考慮到所有這些漏洞，然后設(shè)計(jì)機(jī)器”。

（來源：Steven Zylius/加州大學(xué)歐文分校）

在 DNA 合成工具中，聲學(xué)揭示了所有秘密。合成不同的 DNA“模塊”（核苷酸腺嘌呤 A、鳥嘌呤 G、胞嘧啶 C 或胸腺嘧啶 T 時(shí)，DNA 合成器會(huì)發(fā)出不同的聲音。這使得以該機(jī)器聲音特征訓(xùn)練的算法很容易識別正在合成的核苷酸種類以及排列順序。

這些稱為寡核苷酸的核苷酸序列最終會(huì)被合成為 DNA，然后整合到細(xì)菌或病毒等生物體中。正確的 DNA 序列可以將普通酵母變成阿片類生產(chǎn)廠，使作物抵抗相關(guān)疾病。使用 DNA 合成器，科學(xué)家甚至可以從頭開始生成全新生物的遺傳密碼。生物合成公司都密切保護(hù)著這些關(guān)鍵的 DNA 序列，以保護(hù)其核心知識產(chǎn)權(quán)。

有媒體聯(lián)系了兩家生物技術(shù)公司，詢問了他們關(guān)于監(jiān)聽 DNA 合成器得出序列的可行性。兩家公司都不認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)有多大威脅。

DNA 設(shè)備制造商 Twist Bioscience 首席執(zhí)行官 Emily Leproust 表示:“在我看來，這是一項(xiàng)學(xué)術(shù)活動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，這不是問題。”她說，Twist 公司內(nèi)部開發(fā)的 DNA 合成器使用噴墨打印，幾乎不發(fā)出任何聲音。每臺機(jī)器一次可以打印 100 多萬個(gè)寡核苷酸，因此從聲音上解析單個(gè)序列將非常困難。

合成微生物公司 Ginkgo Bioworks 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Barry Canton 補(bǔ)充說:“我認(rèn)為這對生物合成技術(shù)行業(yè)沒有構(gòu)成任何威脅。寡核苷酸很短，所以它們只是我們序列的一個(gè)小片段。你需要將許多寡核苷酸按正確的順序組合在一起，才能得到真正有價(jià)值的序列。這就是這個(gè)案例沒有威脅的原因。這有點(diǎn)像試圖從撕碎的紙上重新拼一份文件。”

Ginkgo 公司去年宣布，將為公司產(chǎn)業(yè)開發(fā)一系列生物安全措施，包括篩選客戶訂單的算法。目的是阻止邪惡分子利用基因成分制造致命病毒或其他有害生物。

但即使不法分子成功竊取了關(guān)鍵 DNA 片段的序列，要讓它們在生物體中發(fā)揮作用也需要大量的測試和專業(yè)知識。Twist Bioscience 公司的 Leproust 說:“這就好比是讓來自其他國家而且演技很差的人擔(dān)任間諜一樣，很難成功。最好的方法是等到公司做了實(shí)驗(yàn)，然后侵入他們的 (電腦) 系統(tǒng)，或者直接偷取有機(jī)體。”

實(shí)際上在生物技術(shù)行業(yè)這種間諜活動(dòng)時(shí)有發(fā)生。幾年前，美國聯(lián)邦調(diào)查局 (FBI) 特工抓獲了一群中國人，當(dāng)時(shí)他們在美國公司的秘密試驗(yàn)田里偷挖種植玉米的種子。這些種子含有農(nóng)業(yè)中一些最優(yōu)秀性狀的 DNA，價(jià)值數(shù)百萬美元，而且代表著近十年的研究和開發(fā)成果。(2014 年，美國政府指控這些中國公民合謀竊取商業(yè)機(jī)密。其中一人認(rèn)罪。另外五人據(jù)稱已逃離美國。)

在這個(gè)案件里，研究人員將基因代碼整合到玉米種子中后，不法分子直接偷走成品竊取基因代碼。相比之下，不法分子從合成器中竊取一段 DNA 的遺傳密碼之后，還有大量的工作要做。

不過，報(bào)告的作者說，威脅仍然存在。生物恐怖分子可能會(huì)試圖竊取基因密碼，使一個(gè)有機(jī)體變成一種致命毒素的生產(chǎn)者，或使一種病毒更強(qiáng)大。反過來講，這項(xiàng)技術(shù)也可以用于監(jiān)視試圖自制病毒或毒品的犯罪嫌疑人。

也許我們可以用這樣的算法來審視我們自己。加州大學(xué)河濱分校生物工程助理教授 William Grover 是這項(xiàng)研究的合著者，他說：“我很樂意我的實(shí)驗(yàn)室里有一個(gè)麥克風(fēng)，它能夠聽機(jī)器日常制造的聲音，然后告訴我什么時(shí)候有偏差，這將是一個(gè)早期故障預(yù)警的方法。”

Grover 在學(xué)校教授生物儀器課程，他說，年輕的工程師應(yīng)該學(xué)會(huì)從機(jī)器可能泄露的信息方面全方位地考慮安全問題，而不僅僅考慮傳統(tǒng)意義上的安全。

加州大學(xué)河濱分校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程副教授，也是該報(bào)告的作者之一的 Philip Brisk 補(bǔ)充說:“我希望這能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)采取應(yīng)對措施。希望人們能注意到這一點(diǎn)，并想出相應(yīng)的辦法，例如在這些機(jī)器的內(nèi)部加上某種材料降低噪音，未雨綢繆。”