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Juan Gutierrez, ein Krebsforscher, untersucht seit vielen Jahren das Erbgut von Tieren, bei denen sich eine Immunität gegen bestimmte Krebsarten nachweisen lässt.
Im Verlauf seiner Forschungsarbeit entdeckt Juan ein bestimmtes Muster, das es ihm ermöglicht, die Evolution einer Spezies über tausende Generationen hinweg vorherzusagen.
Aus diesem Evolutionsmuster entwickelt Juan einen Algorithmus, der den Schlüssel zu einem alten Menschheitstraum darstellen könnte: die Überwindung der Krebsanfälligkeit des Menschen. Doch Darwin's Cipher, wie Juan sein Projekt nennt, weckt die Begehrlichkeiten anderer, die sich nicht für seine Krebsforschung interessieren, sondern völlig andere Anwendungsmöglichkeiten des neuen genetischen Algorithmus im Visier haben.
Nate Carrington, der als forensischer Analytiker des FBI mehrere rätselhafte Fälle zu klären versucht, wird zu einer Rinderfarm gerufen, auf der sich ein seltsamer Vorfall ereignet hatte: Eine Herde Rinder wurde tot aufgefunden; nur ein einziges neugeborenes Kalb hatte überlebt.
Der Fall weist eine Verbindung zu einem der anderen cold cases auf, an denen Nate arbeitet: Die Analyse der DNA des Kalbs stimmt mit keiner anderen DNA in der Datenbank des FBI überein. Kurz darauf werden in einem ländlichen Krankenhaus vier Mitarbeiter tot aufgefunden und ein neugeborenes Kind muss in eine Sonderisolierstation verlegt werden.
Erst als die zuständige Behörde des Gesundheitsministeriums eine Warnung an alle Krankenhäuser und Polizeibehörden herausgibt, wird der Menschheit klar, welche Gefahr ihr droht.