El ADN se ha vuelto digital: ¿qué podría salir mal?

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Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Voces expertas de Live Science: Op-Ed & Insights.

La biología está cada vez más digitalizada. Investigadores como nosotros usan computadoras para analizar el ADN, operar equipos de laboratorio y almacenar información genética. Pero las nuevas capacidades también significan nuevos riesgos, y los biólogos permanecen en gran parte inconscientes de las posibles vulnerabilidades que conlleva la digitalización de la biotecnología.

El campo emergente de la ciberbioseguridad explora toda la nueva categoría de riesgos que conlleva el mayor uso de computadoras en las ciencias de la vida.

Los científicos de la universidad, las partes interesadas de la industria y los agentes del gobierno han comenzado a reunirse para analizar estas amenazas. Incluso hemos recibido agentes del FBI de la Dirección de Armas de Destrucción Masiva aquí en la Universidad Estatal de Colorado y anteriormente en Virginia Tech para cursos intensivos sobre biología sintética y los riesgos de ciberbioseguridad asociados. Hace un año, participamos en un proyecto financiado por el Departamento de Defensa de EE. UU. Para evaluar la seguridad de las infraestructuras de biotecnología. Los resultados están clasificados, pero revelamos algunas de las lecciones aprendidas en nuestro nuevo documento Trends in Biotechnology.

Junto con los coautores de Virginia Tech y la Universidad de Nebraska-Lincoln, discutimos dos tipos principales de amenazas: sabotear las máquinas en las que los biólogos confían y crear materiales biológicos peligrosos.

Virus informáticos que afectan el mundo físico

En 2010, una planta nuclear en Irán experimentó fallas misteriosas en los equipos. Meses más tarde, se llamó a una empresa de seguridad para que solucionara un problema aparentemente no relacionado. Encontraron un virus informático malicioso. El virus, llamado Stuxnet, le decía al equipo que vibrara. El mal funcionamiento cerró un tercio de los equipos de la planta y retrasó el desarrollo del programa nuclear iraní.

A diferencia de la mayoría de los virus, Stuxnet no se enfocaba solo en computadoras. Atacó equipos controlados por computadoras.

El matrimonio de la ciencia de la computación y la biología ha abierto la puerta a descubrimientos sorprendentes. Con la ayuda de las computadoras, estamos decodificando el genoma humano, creando organismos con nuevas capacidades, automatizando el desarrollo de fármacos y revolucionando la seguridad alimentaria.

Stuxnet demostró que las infracciones de ciberseguridad pueden causar daños físicos. ¿Qué pasa si esos daños tienen consecuencias biológicas? ¿Podrían los bioterroristas centrarse en los laboratorios gubernamentales que estudian las enfermedades infecciosas? ¿Y las compañías farmacéuticas que producen medicamentos para salvar vidas? A medida que los científicos de la vida se vuelven más dependientes de los flujos de trabajo digitales, es probable que las posibilidades aumenten.

Juguetándose con ADN

La facilidad de acceso a la información genética en línea ha democratizado la ciencia, permitiendo a los científicos aficionados en los laboratorios comunitarios abordar desafíos como el desarrollo de insulina asequible.

Pero la línea entre las secuencias físicas de ADN y su representación digital se está volviendo cada vez más borrosa. La información digital, incluido el malware, ahora se puede almacenar y transmitir a través de ADN. El J. Craig Venter Institute incluso creó un genoma sintético completo con marcas de agua y enlaces codificados y mensajes ocultos.

Hace veinte años, los ingenieros genéticos solo podían crear nuevas moléculas de ADN uniendo moléculas de ADN natural. Hoy los científicos pueden usar procesos químicos para producir ADN sintético.

La secuencia de estas moléculas a menudo se genera mediante software. De la misma manera que los ingenieros eléctricos usan software para diseñar chips de computadora y los ingenieros de computación usan software para escribir programas de computadora, los ingenieros genéticos usan software para diseñar genes.

Eso significa que el acceso a muestras físicas específicas ya no es necesario para crear nuevas muestras biológicas. Para decir que todo lo que necesita para crear un patógeno humano peligroso es el acceso a internet sería una exageración, pero solo leve. Por ejemplo, en 2006, un periodista usó datos disponibles públicamente para ordenar un fragmento de ADN de viruela en el correo. El año anterior, los Centros para el Control de Enfermedades utilizaron secuencias de ADN publicadas como un plan para reconstruir el virus responsable de la gripe española, una de las pandemias más mortales de todos los tiempos.

Con la ayuda de computadoras, editar y escribir secuencias de ADN es casi tan fácil como manipular documentos de texto. Y puede hacerse con intenciones maliciosas.

Primero: reconocer la amenaza

Las conversaciones sobre ciberbioseguridad hasta ahora se han enfocado en gran medida en escenarios apocalípticos. Las amenazas son bidireccionales.

Por un lado, los virus informáticos como Stuxnet podrían usarse para piratear maquinaria controlada digitalmente en laboratorios de biología. El ADN incluso podría usarse para realizar el ataque mediante la codificación de malware que se desbloquea cuando las secuencias de ADN se traducen en archivos digitales mediante una computadora de secuenciación.

Por otro lado, los malos actores podrían usar software y bases de datos digitales para diseñar o reconstruir patógenos. Si los agentes nefastos piratearon bases de datos de secuencias o moléculas de ADN diseñadas digitalmente con la intención de causar daño, los resultados podrían ser catastróficos.

Y no todas las amenazas de ciberbioseguridad son premeditadas o criminales. Los errores involuntarios que ocurren al traducir entre una molécula física de ADN y su referencia digital son comunes. Estos errores pueden no comprometer la seguridad nacional, pero pueden causar demoras costosas o retiros de productos.

A pesar de estos riesgos, no es raro que los investigadores pidan muestras a un colaborador o una empresa y nunca se molesten en confirmar que la muestra física que reciben coincide con la secuencia digital que esperaban.

Los cambios en la infraestructura y las nuevas tecnologías podrían ayudar a aumentar la seguridad de los flujos de trabajo de las ciencias de la vida. Por ejemplo, las pautas voluntarias de detección ya están en marcha para ayudar a las empresas de síntesis de ADN a evaluar los pedidos de patógenos conocidos. Las universidades podrían establecer pautas obligatorias similares para cualquier pedido de síntesis de ADN saliente.

Actualmente, tampoco existe una forma simple y económica de confirmar las muestras de ADN mediante secuenciación completa del genoma. Se podrían desarrollar protocolos simplificados y un software fácil de usar, de modo que el cribado por secuenciación se convierta en rutina.

La capacidad de manipular el ADN fue alguna vez un privilegio de unos pocos y muy limitado en alcance y aplicación. Hoy en día, los científicos de la vida dependen de una cadena de suministro global y una red de computadoras que manipulan el ADN de maneras sin precedentes. El momento de comenzar a pensar en la seguridad de la interfaz digital / ADN ahora no es después de una nueva infracción de ciberbioseguridad similar a Stuxnet.

Jenna E. Gallegos, Investigadora postdoctoral en Ingeniería Química y Biológica, Universidad Estatal de Colorado y Jean Peccoud, Profesor, Cátedra Abell de Biología Sintética, Universidad Estatal de Colorado

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.

        

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