[논문 리뷰] A system capable of verifiably and privately screening global DNA synthesis

Carsten Baum, Jens Berlips외 29명|arXiv (Cornell University)|2024. 03. 20.

DNA and Biological Computing인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 현재 관리 중인 서열 데이터베이스와 대조하여 모든 DNA 합성 주문을 검증 가능하게 스크리닝하는 프라이버시 보호 시스템 SecureDNA를 제시하며, 주요 지역에서 67 million nucleotides에 걸쳐 확장 가능하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 무해한 서열의 무단 생산을 차단하고 합법적인 고객의 프라이버시를 보호하는 동시에 안전한 DNA 합성을 촉진한다.
• 30+ 뉴클레오타이드를 대상으로 최신의 제어 서열 데이터베이스를 대조할 수 있는 무료 자동화 시스템을 개발한다.
• 스크리닝 결정의 검증 가능성을 보장하고 전 세계 합성 공급자에 걸친 확장성을 확보한다.

제안 방법

• SecureDNA의 프라이버시 보호 스크리닝 워크플로우를 최신의 제어 서열 데이터베이스에 대해 설명한다.
• 사용자 프라이버시를 보존하면서 무단 요청을 거부하는 자동화되고 검증 가능한 검사를 제공한다.
• 미국, 유럽, 중국의 공급처에서 총 67 million 뉴클레오타이드를 데이터셋으로 하여 성능과 특이성을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전 세계 규모에서 프라이버시 보호 시스템이 제어 서열 데이터베이스를 대상으로 DNA 합성 주문을 검증 가능하게 스크리닝할 수 있는가?
• RQ2 대규모 실제 합성 데이터에서 특이성 및 작업 처리량 측면에서 시스템의 성능은 어떠한가?
• RQ3 글로벌 DNA 합성 스크리닝 파이프라인에서 합법적인 고객에게 달성 가능한 프라이버시 보장은 무엇인가?

주요 결과

• SecureDNA는 DNA 합성 주문을 스크리닝하기 위한 무료이며 프라이버시 보호적이고 완전 자동화된 시스템이다.
• 이 시스템은 30+ 뉴클레오타이드를 주문으로 하는 서열을 최신의 제어 서열 데이터베이스에 대조한다.
• 운영 테스트는 미국, 유럽, 중국의 공급자가 합성한 DNA의 67 million 뉴클레오타이드를 다루었다.
• 본 논문은 SecureDNA의 작동 성능과 특이성에 대해 보고한다.