NeoFronteras

Criptología bacteriana

Área: Biología — Martes, 27 de Septiembre de 2011

Logran cifrar mensajes secretos de una manera sencilla usando bacterias E. coli.

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Formación de cultivos bacterianos fluorescentes. Fuente: Manuel A. Palacios/Tufts University.

Todos los que hemos tenido alguna inquietud científica hemos experimentado de pequeños con la llamada “tinta invisible”, que básicamente consistía en escribir un mensaje sobre un papel con jugo de cebolla o limón. Una vez seco, cuando se colocaba el papel sobre una llama el mensaje aparecía como por arte de magia. Este truco tan simple permitía jugar a los espías, aunque había que ser hábil y no quemar el papel junto a su mensaje oculto.
En las películas de hace tiempo se veían además otros sistemas, como los microfilms, que no eran más que películas fotográficas con prestaciones fabulosas (los guionistas nunca supieron las prestaciones reales de las emulsiones fotográficas ni los límites de difracción de las lentes y siguen sin saber mucho sobre imágenes los guionistas de series como CSI).
También había otras maneras en la que los espías se pasaban información, como los micropuntos, que en realidad nadie sabía lo que eran ni como se confeccionaban. Ahora todos podemos usar algoritmos de encriptado tipo RSA y programas gratuitos como gpg para enviarnos mensajes cifrados. De hecho, lo ideal sería que todos nuestros sistemas de comunicación estuvieran cifrados, incluyendo nuestros teléfonos móviles. Pero si queremos usar un medio físico recordemos que ya hay tarjetas micro SD de 128 G. Teniendo en cuenta que hace 12 años era normal usar un ordenador con 1 G de disco duro y que hasta hace poco lo habitual eran lápices de memoria de 128 M esta capacidad de almacenar información no deja de ser absolutamente sorprendente y no imaginada por ninguna película futurista del pasado. No hay micropunto que lo supere.
Los problemas de cifrado y envío de información por parte de los espías están solventados. Pese a eso, podemos querer rizar más el rizo y crear un sistema biológico que envíe mensajes en el ADN de bacterias. No será un sistema muy práctico, pero como problema académico puede ser bonito.
Manuel Palacios y su equipo de Tufts University han desarrollado un sistema que permite codificar información en el color de bacterias fluorescentes. La técnica que han desarrollado tiene el curioso nombre de SPAM (steganography by printed arrays of microbes) y crea mensajes más o menos complejos en algo tan pequeño como un conjunto de colonias de bacterias que puede ser enviado a cualquier lugar en un sobre. Los mensajes pueden ser descifrados usando antibióticos y un equipo sencillo de laboratorio.
Durante años los científicos han sido capaces de codificar mensajes en el ADN de microorganismos, como hace poco hizo Craig Venter en su bacteria semisintética. Pero estos sistemas eran muy complejos.
Este equipo de investigadores de Tufts University ha usado una aproximación al problema más simple para cifrar mensajes en siete cepas de E. coli. Cada una de estas cepas fue modificada genéticamente para producir proteínas fluorescentes de distinto tipo que emiten diferente luz bajo la radiación adecuada. En este caso basta el uso de una tecnología sencilla e incluso emplean diodos emisores de luz (LED) corrientes en esta iluminación. Para que las bacterias produzcan fluorescencia se necesita activar los genes que expresan las proteínas correspondientes.
En este sistema se hacen crecer colonias de estas bacterias en formaciones alineadas de recipientes. Cada uno de ellos tiene una combinación de dos colores correspondientes a diferentes letras, dígitos o símbolos. Así por ejemplo la fluorescencia amarilla en uno de esos recipiente puede significar la letra “t”, mientras que la naranja puede denotar a “d”. Con siete colores pueden obtener 49 combinaciones posibles que codifiquen las 26 letras del alfabeto y otros signos o símbolos alfanuméricos.
Una vez crecidas, el patrón de colonias es “imprimido” (las bacterias quedan así inmovilizadas) sobre una hoja de nitrocelulosa que se guarda en un sobre. Se pueden codificar de 500 a 1000 símbolos en una lámina del tamaño de una hoja de papel corriente.
Escogiendo las cepas adecuadas de E. coli, se pueden enviar mensajes que aparezcan después de un determinado periodo de tiempo o dejar que degeneren lentamente en un proceso de autodestrucción si las bacterias son programadas para que sus propiedades fluorescentes respectivamente aparezcan o desaparezcan en el tiempo.
El receptor del sobre puede cultivar de nuevo las bacterias según ese mismo patrón y descifrar así el mensaje. La elección del medio de cultivo adecuado actúa como parte de la clave de descifrado, como vamos a ver.
En este proceso la clave principal para descifrar los mensajes está en el uso de antibióticos añadidos al medio de cultivo, pues se asocian determinados genes de fluorescencia a genes que proporcionan resistencia a los antibióticos. La idea es que sólo las bacterias resistentes a un antibiótico determinado porten el mensaje real. Usando amplicilina o kanamicina, por ejemplo, se mata a unas cepas u otras y las que quedan fluorescen en sus respectivos colores, proporcionando así el mensaje. Potencialmente se puede crear miles de estas claves combinado un determinado número de variedades genéticas.
La investigación ha sido financiada por DARPA, que desafió a diversos laboratorios para que pudieran transmitir información codificada usando señales químicas en lugar de señales eléctricas.
Sin embargo, los expertos en Criptología no ven que este sistema sea muy práctico. Según Meredith L. Patterson, investigador de seguridad de Red Lambda, el concepto es muy inteligente, pero no es un sistema práctico de ocultar información. Hay pocos antibióticos que se pueden usar para quebrar el código, así que éste no es seguro. Un método de fuerza bruta descifraría fácilmente el mensaje, aunque se puede pensar en un mensaje que de todos modos quede ambiguo bajo este método de ataque. Según Dominik Heider, que investiga sobre criptología de ADN en la Universidad de Duisburg-Essen (Alemania), el estudio es bonito pero dice que hay maneras más útiles de enviar mensajes secretos, como por correo electrónico.
Esta idea ya fue sugerida en el libro de ciencia ficción “Spiral” de Liam Connor. En él un biólogo experto en hongos con demasiados enemigos codifica pistas para resolver un viejo misterio mediante la inserción de genes de proteínas fluorescentes en el ADN de hongos.
Palacios dice que en realidad está más interesado en las aplicaciones potenciales de este tipo de técnicas como marca de agua en organismos modificados genéticamente, una especie de código de barras biológico que los identifique. De este modo las compañías con organismos patentados podrían identificar secretamente sus cultivos, semillas, etc. Los gobiernos también podrían controlar las prohibiciones sobre cultivos transgénicos y similares usando estas marcas de agua.
El equipo trabaja ahora en la codificación de mensajes en microorganismos más robustos como levaduras o bacterias formadoras de esporas, así como en organismos más complejos como plantas.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3612

Fuentes y referencias:
Noticia en Nature.
Artículo original.
Trasplante exitoso de genoma sintético.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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4 Comentarios

  1. NeoFronteras:

    Los números no encajan. Las combinaciones de 7 elementos tomados de dos en dos son 21. Si fueran 10 proteínas entonces daría 45. Con 11 ya son 55.
    Por desgracia el artículo es de pago.

  2. petrus:

    Bueno, variaciones con repetición, de siete elementos en grupos de dos … para que sean 49.

  3. NeoFronteras:

    Pero se supone que en cada pozo se colocan dos tipos de bacterias y el orden en este caso no se tiene en cuenta. Sólo si hay dos pocitos y en cada uno un tipo de bacteria entonces es posible. Digamos que son “números” o “bytes” de dos dígitos y cada uno puede adoptar siete valores, entonces 7*7=49. Si así fuera la información estaría organizada por pares y no parece que así sea.

  4. tomás:

    Pues yo creo que está organizada por pares, lo que daría la razón a Petrus. Basta leer el párrafo 8: “Cada una de ellas tiene una combinación de dos colores…”. Sean los dos colores la cara y cruz de una moneda. Sería como los dos datos a obtener por siete monedas lanzadas de dos en dos, que corresponden a variaciones con repetición de 7 elementos tomados de dos en dos. Cada lanzamiento de todas ellas daría lugar a 7^2=49 pares.
    Con la esperanza de haber acertado os envía un cordial saludo.

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