[論文レビュー] A system capable of verifiably and privately screening global DNA synthesis

Carsten Baum, Jens Berlips+29 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2024

DNA and Biological Computing被引用数 7

ひとこと要約

論文は、現在の制御配列データベースに対して全DNA合成注文を検証可能にスクリーニングするプライバシー保護システム SecureDNA を提供する。主要地域にわたる67百万のヌクレオチドにスケーラブル。

ABSTRACT

Printing custom DNA sequences is essential to scientific and biomedical research, but the technology can be used to manufacture plagues as well as cures. Just as ink printers recognize and reject attempts to counterfeit money, DNA synthesizers and assemblers should deny unauthorized requests to make viral DNA that could be misused. There are three complications. First, we don't need to quickly update printers to deal with newly discovered currencies, whereas we regularly learn of new potential pandemic viruses and other biological threats. Second, convincing counterfeit bills can't be printed in small pieces and taped together, while preventing the distributed synthesis and subsequent re-assembly of controlled sequences will require tracking which DNA fragments have been ordered across all providers and benchtop devices while protecting legitimate customer privacy. Finally, counterfeiting can at worst undermine faith in currency, whereas unauthorized DNA synthesis could be used to deliberately cause pandemics. Here we describe SecureDNA, a free, privacy-preserving, and fully automated system capable of verifiably screening all DNA synthesis orders of 30+ nucleotides against an up-to-date database of controlled sequences, and its operational performance and specificity when applied to 67 million nucleotides of DNA synthesized by providers in the United States, Europe, and China.

研究の動機と目的

• 正当な顧客のプライバシーを保護しつつ、有害な配列の不正な生産を防ぐことで安全なDNA合成を促進する。
• 最新の制御シーケンスデータベースに対して30以上のヌクレオチドの注文をスクリーニングできる、無料で自動化されたシステムを開発する。
• スクリーニング決定の検証性と、世界的な合成プロバイダにまたがるスケーラビリティを保証する。

提案手法

• 最新の制御配列データベースに対するSecureDNAのプライバシー保護スクリーニングワークフローを説明する。
• ユーザのプライバシーを保護しつつ、不正なリクエストを拒否する自動化された検証可能なチェックを提供する。
• 米国・欧州・中国のプロバイダからの総計67百万ヌクレオチドのデータセットを対象に、性能と特異性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プライバシー保護システムが、世界規模で制御配列データベースに対してDNA合成注文を検証可能にスクリーニングできるか？
• RQ2 大規模な実データの合成データに対して、特異性と実運用スループットの観点でシステムはどのように機能するか？
• RQ3 グローバルなDNA合成スクリーニングパイプラインにおいて、正当な顧客に対してどのようなプライバシー保証が達成可能か？

主な発見

• SecureDNAはDNA合成注文をスクリーニングする、無料でプライバシー保護され、完全自動化されたシステムです。
• このシステムは30ヌクレオチド以上の注文を最新の制御配列データベースに対してスクリーニングします。
• 実運用テストは、米国・欧州・中国の提供者によって合成された67百万ヌクレオチドのDNAを対象としました。
• 本論文はSecureDNAの運用パフォーマンスと特異性を報告します。