深度学习立新功，在DNA生物科技公司当“特工”阻击恐怖分子

人工智能的赋能产业似乎还只是带来生活质量提升，没有它们，我们似乎也能“活”。而人工智能的核心理念——机器学习——当“特工”去狙击恐怖分子，却要给保家卫国狠狠记上一功！

危险的病原体被保存在高安全性的实验室中，但一些专家担心恐怖分子可以找到获得这些生物的新方法。图片来源

世界各地的生物学家经常向生物科技公司付费，以合成用于实验室或诊所的DNA片段。但情报专家和科学家们多年来一直担心，生物恐怖分子可能会劫持这些服务来制造危险的病毒和毒素 - 可能是通过对遗传序列进行微小改变来逃避安全筛查而不改变DNA的功能。

现在，美国政府正在支持使用机器学习来检测DNA序列是否编码危险病原体的一部分的努力。研究人员开始在设计基于人工智能的筛查工具方面取得进展，一些团体正在1月31日在弗吉尼亚州阿灵顿举行的美国微生物学会（ASM）生物威胁会议上展示早期结果。他们的发现可以更好地了解病原体如何伤害身体，以及科学家将DNA序列与特定生物功能联系起来的新方法。

哥伦布的技术开发公司Battelle的计算生物技术总监奥马尔·塔巴巴说：“在过去，你会采取病原体，把它锁起来，然后把军队放在它面前，你就没事了。”俄亥俄州。

但Tabbaa表示，降低DNA工程的成本和难度已经改变了生物安全威胁的性质。任何想要特定DNA片段的人都可以拥有一串字母，称为碱基，每个碱基合成便士。2006年，英国“ 卫报”的记者向一家DNA合成公司支付了部分天花病毒的费用，促使各国政府和科学家呼吁采取更严格的筛查措施。

逐个字母

2009年，一些最大的DNA合成公司组成了一个联盟，以创建标准化程序，检查客户提交的序列与已知病原体的数据库。如果自动筛选标记序列，公司可以在合成DNA之前检查客户是否是合法的研究人员。

但是这些现有的程序只挑选出与已知病原体完全匹配的序列部分。一个聪明的恐怖分子可以通过改变DNA中的一些碱基从病毒或产生毒素的基因，甚至通过设计一种在自然界中不存在的全新病原体来欺骗系统。由于DNA测序方式的不同，数据库本身往往充满了错误。

考虑到这一点，2016年，美国情报高级研究计划局（IARPA）启动了一项计划，旨在设计更好的算法，以发现可能具有威胁性的序列。该公司经理John Julias表示，来自工业界和学术界的五个团队正在参与该计划的竞争。该机构拒绝透露该计划的预算。

到2020年，预计这些团队将在不到两周的时间内确定一种未知序列是否构成威胁的方法。夏洛茨维尔弗吉尼亚大学的软件工程师Andrew Warren说，这将是一项艰巨的任务。“我们必须能够识别地球上的任何有机体及其分子功能。”

常用线程

Warren的团队正在设计一个程序，对来自90,000种微生物物种的4000万条序列进行比较。该算法学会识别已知毒素和病原体的DNA序列，鉴定它们的共同特征，然后在其他生物中搜索相似的序列。他的团队在ASM会议上所做的工作尚处于早期阶段，尽管Warren说该算法已经能够可靠地预测序列来自哪种类型的生物体。

Tabbaa，他在Battelle的团队正在使用来自公共和专有数据库的序列开发类似的算法，他说计算机算法可以识别人们会错过的病原体之间的共性。这将有助于程序区分DNA序列的重要部分，以及可以在不影响病原体功能的情况下进行更改的部分。目标是确定可能以未知顺序构成安全威胁的部分。

Battelle团队希望该计划还能揭示有关生物基本生物学的新信息 - 例如允许毒素或病毒粘附在细胞上的通用DNA序列。Tabbaa说，这些发现可以帮助研究人员开发快速诊断感染或改善生物制造的新方法。“我们认为有很多事情可以从中产生，”他说。

但华盛顿州西雅图风险投资公司Bioeconomy Capital的董事总经理罗伯•卡尔森（Rob Carlson）怀疑，阻止DNA合成公司被剥削将阻止生物恐怖袭击。“如果你看一下迄今为止发生了什么样的生物威胁，这不是其中之一，”他说。大多数攻击涉及释放在实验室中生长的现有病原体; 例如，在2001年，美国有五人死亡，17人在收到炭疽病信后感到恶心。

卡尔森说，恐怖分子更有可能遵循已发表研究的蓝图，而不是开始研究设计新生物的研究项目。他担心任何政府调控DNA合成的努力都会将潜在的生物恐怖分子推向地下。