Генетические штрихкоды могут обеспечить подлинность ДНК-дактилоскопии

Инженеры Университета Дьюка и Инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета продемонстрировали метод, который обеспечивает безопасность популярного метода генетической идентификации "ДНК-дактилоскопии" от случайных ошибок или злонамеренных атак в полевых условиях.

Техника основана на введении генетических "штрихкодов" в образцы ДНК во время их сбора и безопасной передаче в лабораторию информации, критически важной для идентификации этих штрихкодов. Система показывает один из способов гарантировать подлинность образца, взятого в поле, транспортированного в лабораторию и обработанного для генетической идентификации.

Результаты опубликованы онлайн 14 мая в журнале IEEE Transactions on Information Forensics and Security.

Идея заключается во "внедрении" безвредного материала в генетические образцы сразу после сбора, который действует как пароль. Это обеспечивает аутентичность образцов на этапе обработки.

ДНК-дактилоскопия идентифицирует человека, организм или болезнь на основе небольшого количества генетического материала. Вместо секвенирования всего генома, что всё ещё стоит более $1000, учёные могут нацелиться на несколько коротких вариабельных последовательностей. В методе используется полимеразная цепная реакция (PCR) для многократного копирования этих участков, чтобы их можно было легко прочитать. Федеральное бюро расследований в настоящее время рекомендует использовать для точного совпадения всего 13 таких участков.

По мере роста популярности этой технологии и её удешевления, появляется больше возможностей для атак на процесс. Исследования указывают на беспрецедентные проблемы безопасности, создавая новую категорию потенциальных уязвимостей, названную "кибербиоугрозами".

В новой работе исследователи демонстрируют полезность генетического штрихкода для гарантии того, что образцы, взятые в поле, не были подменены или изменены по пути в лабораторию.

Как работает система:

1. В собранные генетические образцы добавляются два коротких синтетических сегмента ДНК (280 и 190 пар оснований каждый). Будучи синтетическими, они могут быть созданы практически в любой комбинации четырёх доступных пар оснований, что делает случайное угадывание комбинации крайне маловероятным.
2. Праймеры, необходимые для амплификации каждого штрихкода с помощью PCR, безопасно передаются техникам в лабораторию. Без этих праймеров атакующий не сможет амплифицировать правильные штрихкоды.
3. После проведения начального цикла PCR с образцами и предоставленными праймерами, два штрихкода появляются в виде пиков или линий в полученных генетических данных.
4. Чтобы убедиться в подлинности образцов, техникам необходимо просто проверить, появляются ли эти два штрихкода, как ожидалось. Отсутствие ожидаемого результата означает, что образец не является подлинным.

Исследователи отмечают, что систему можно усовершенствовать, например, связав штрихкоды с образцами в базе данных, откуда техники могли бы получать правильные праймеры. При наличии соответствующего оборудования идею также можно реализовать на чипах, выполняющих анализ ДНК.