從「序列比對」到「功能性偵測」：AI 驅動下，核酸篩選系統的漏洞與升級之路

關鍵字：()；()；()；；()；()

瀏覽次數：1095｜歡迎推文：

科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻發表於 2025年10月9日

圖、從「序列比對」到「功能性偵測」：AI 驅動下，核酸篩選系統的漏洞與升級之路

人工智慧（AI）在生命科學領域的應用，正以前所未有的速度推動創新與突破。尤其在人工智慧輔助蛋白質設計（AI-assisted Protein Design, AIPD）領域中，AI 模型可協助研究人員設計新型藥物蛋白、酶或疫苗，極大提升研發效率與精準度。然而，這項技術的強大能力同時構成潛在的安全風險。若被惡意行為者利用，AI亦能生成或改造具生物毒性、感染性或免疫逃逸特性的蛋白質，可能導致嚴重的生物安全事件。此一「雙刃劍」特性，使得AIPD的發展成為科技政策與安全治理的新焦點。

在生物製造流程中，核酸合成被視為「數位設計」轉化為「實體分子」的關鍵瓶頸。目前全球核酸合成企業普遍採用生物安全篩選軟體（Biosecurity Screening Software, BSS），以比對客戶訂單DNA序列與已知的「關注蛋白質」（Proteins of Concern, POCs）（主要為毒素，例如蓖麻毒素），防止危險基因的合成。然而，這種防禦架構主要依賴序列相似度的比對原則，在面對AI的生成式能力時顯得不足。

近期，一項由國際產學聯合團隊主導的「AI red teaming」分析揭示了此一防線的脆弱性，成果發表於《Science》期刊。研究人員運用三種開源蛋白質序列生成模型，包含ProteinMPNN、EvoDiff-MSA 與 EvoDiff-Seq，針對72種受管制的POCs進行重新設計。結果顯示，AI可在維持蛋白質三維結構與潛在功能不變的情況下，產生逾7萬個「合成同源物」（Synthetic homologs），其序列相似度低到足以逃過當前主流BSS系統的檢測。此現象被稱為生物學領域的首個「零日漏洞」（Biological zero-day），意指系統尚未意識、但已存在的安全缺陷。

在分析結果揭露後，多家核酸合成供應商隨即展開BSS系統升級。更新措施包括調整偵測靈敏度、強化胺基酸層級比對，以及引入結構穩定性指標等多維判斷標準。根據測試，修補後的BSS對於「極有可能具有功能」（TM-score > 0.5 且 ΔpLDDT > −10）的AI生成序列，平均可達到約97%的識別率，顯示防禦能力有顯著提升。此外，更新後的系統對傳統DNA混淆（DNA obfuscation）手法的抵抗力亦有所增強。

然而，系統升級並未能完全根除漏洞。部分「遺漏序列」仍可逃避偵測，特別是來自資料庫樣本稀少的蛋白質模板。更重要的是，不同企業在風險定義上缺乏共識，導致產業間出現難以界定的「灰色地帶」：部分業者因難以界定低相似度的AI生成變體是否應列為危險而選擇不更新篩檢系統。

AI red teaming分析的成果揭示了一個關鍵事實，僅依賴序列比對的傳統BSS架構在未來將逐漸失效。隨著生成式模型能力不斷進化，AI 將能創造出自然界中從未出現的全新蛋白質，使現有防禦無法有效識別。因應此挑戰，國際生物安全研究社群正推動「高維度學習嵌入空間」（High-dimensional learned embedding spaces）技術的導入。

此一方法透過蛋白質語言模型（Protein language models, pLMs），將胺基酸序列轉化為多維向量嵌入，捕捉蛋白質在結構與功能層面的關聯性。相較於傳統的序列相似度比對，嵌入空間可進行「功能性同源性偵測」（Functional homology detection），即便 AI 生成序列與原始毒素的序列相似度極低，只要其結構與功能相近，仍能被有效標記。此技術代表著生物安全篩選從「序列比對」邁向「功能性偵測」的新階段，將成為未來防範AI驅動生物威脅的核心手段。(1173字；圖1)

參考資料：
Strengthening nucleic acid biosecurity screening against generative protein design tools. Science, 2025/10/2
AI could make it easier to create bioweapons that bypass current security protocols. Techxplore, 2025/10/3

歡迎來粉絲團按讚！

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------