Особо секретные бактерии
Американские биологи приспособили светящиеся штаммы кишечной палочки для шифровки и передачи информации. При помощи этих бактерий они закодировали сообщения, которые «скрываются» от взора до определенного времени и самоуничтожается после прочтения, либо требуют для «проявки» определенных реактивов. Статья Palacios et al. InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages опубликована в журнале PNAS, а ее краткое изложение приводит Nature News (Bacteria encode secret messages).
Дэвид Уолт (David Walt) из Университета Тафтса (США) и его коллеги назвали свое изобретение «бактериальный SPAM» – от английского «стеганография при помощи печатных микробных матриц» (Steganography by Printed Arrays of Microbes). В отличие от криптографии, которая скрывает смысл сообщения, стеганография скрывает и сам факт его существования (простейший пример – письмо «невидимыми чернилами»).
Идея кодировать сообщения при помощи биообъектов не нова – например, в 2010 году в Science вышла статья, в которой биолог Крейг Вентер закодировал собственное имя и несколько известных цитат в геноме синтетических бактерий.
Код, который использовали авторы новой работы, был много проще. Они создали семь различных штаммов кишечной палочки, каждый из которых вырабатывал свой тип светящегося вещества.
Семь разноцветных штаммов в чашке Петри при различных условиях освещения
Ученые подготовили по два варианта каждого штамма: первый выделял флуоресцирующие вещества сразу после переноса бактерий на питательную среду, а второй – только спустя несколько циклов деления микроорганизмов. Такое сообщение с задержкой повышает секретность кодирования: враг может просто не догадаться, что здесь вообще что-то записано.
Затем биологи подготовили специальную «бумагу» – прямоугольную матрицу из микроскопических лунок с питательной средой. В каждую такую емкость можно поместить каплю с одним штаммом бактерии. Пара подобных лунок задает 49 различных сочетаний: например, две жёлтые лунки означают букву t, а оранжевая и зеленая – d. Этого достаточно для кодирования всех букв латинского алфавита, знаков препинания, цифр и некоторых специальных символов – например, @. Для проверки своего изобретения авторы статьи «напечатали» первое закодированное сообщение из «долгоиграющих» бактерий: "this is a bioencoded message from the walt lab @ tufts university 2011" (это биокодированное сообщение из лаборатории уолта при университете тафтс 2011). Уолт и его коллеги смогли прочитать свой опус только через два дня после нанесения «чернил» – за это время бактерии размножились и выделили достаточное количество флуоресцирующих веществ.
Время ожидания можно сократить до восьми часов, если использовать второй, «быстрый» тип бактерий, и нанести на лист с сообщением раствор вещества-ускорителя IPTG (Isopropyl beta-D-1-thiogalactopyranoside), который заставит бактерии активнее синтезировать флуоресцирующие белки.
Бактериальная стеганограмма после обработки IPTG, снятая при помощи оборудования двух разных фирм
(снимки из статьи в PNAS)
Биологи отмечают, что сложность «шифра» можно увеличить, если вставить в геном бактерии маркирующий ген, с помощью которого можно отличить значимые микроорганизмы-буквы от фонового «бактериального шума». Для демонстрации работы этой идеи авторы статьи вставили гены устойчивости к двум антибиотикам – канамицину и ампицилину – в два набора «цветных» бактерий.
Ученые напечатали два разных сообщения на одной и той же питательной «бумаге» при помощи «взломоустойчивых» микроорганизмов. Такой лист можно обработать одним из двух лекарств и прочитать только одно из двух сообщений. Таким образом, если читатель не обладает правильным шифром-антибиотиком, он никогда не узнает то, что скрывают бактерии.
Кроме того, ученые разрабатывают еще одну серию штаммов кишечной палочки, которые можно использовать для печати специальных сообщений, самоуничтожающихся после прочтения. Эти бактерии будут вырабатывать флуоресцирующие вещества, которые меняют свой цвет через некоторое время. Каждая буква кодируется сочетанием из двух бактерий, и если одна из них изменит свой «знак», сообщение будет безнадежно испорчено.
Специалисты в вопросах стеганографии отмечают, что работа у ученых получилась интересная, однако весьма далекая от практического применения. В частности, подобного рода сообщения, по их мнению, можно легко взломать, а сами они – слишком хрупкие.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам РИА Новости и Лента.Ру
27.09.2011