9、检测合成 DNA 的恶意篡改

检测合成 DNA 的恶意篡改

在合成 DNA 的研究与应用中，确保 DNA 序列的完整性和真实性至关重要。本文将详细介绍一种新的 DNA 签名生成与验证方法，以应对合成 DNA 可能面临的恶意篡改问题。

1. 背景与挑战

在合成 DNA 的处理过程中，存在一些关键问题需要解决。
- GenBank 文件共享问题 ：GenBank 文件主要用于注释 DNA 序列。若 DNA 是知识产权，其创建者可能愿意公开整个合成 DNA 的属性，但不愿透露各子序列的属性。发送 GenBank 文件会危及子序列属性的保密性。此外，不同基因编辑器的 DNA 分子属性数据库可能不一致，且 GenBank 文件格式并非基因编辑器唯一使用的格式，不像 FASTA 文件格式那样通用。因此，为避免与接收者共享 GenBank 文件，需要改变签名生成程序，使验证不依赖于签名者放置签名的位置。
- 识别标签突变问题 ：在之前的工作中，定义了两个识别标签“ACGCTTCGCA”（起始标签）和“GTATCCTATG”（结束标签）来界定签名。选择这两个标签有特定原因：生物学家可从特定项目中不会出现的 DNA 序列中挑选标签；选择易于合成和组装的序列，因为 DNA 合成成本较高；选择易于视觉识别、不易形成二级结构且“A、C、G、T”数量均衡的序列。不过，之前假设起始和结束标签不会突变，若发生突变，将无法定位签名，从而无法验证签名。
- 签名长度问题 ：签名长度在生物学领域至关重要。较短的签名意味着将签名合成到物理 DNA 分子的成本更低，且在签名嵌入过程中对质粒现有功能和稳定性的影响更小。之前使用