Novým neviditelným inkoustem, kterým se budou psát tajné zprávy, jsou od konce roku 2011 bakterie. Do šifrování totiž vstoupila genetika. Vědci jsou schopni zakódovat zprávu pomocí světélkující bakterií Escherichia coli, které se zobrazí jen v určitých podmínkách.

Nový princip steganografie, tedy metody ukrytí zprávy, je jasný – přenesení informace pomocí živých organismů. Američtí vědci totiž dokázali geneticky modifikovat bakterie a navázali do nich barevný protein, který se zobrazuje pod ultrafialovým světlem.

Jednotlivá písmena a čísla se pak tvoří kombinací světélkujících proteinů. Chemici tento princip pojmenovali InfoBiologie.

Tým chemiků z Tuftsovy univerzity v americkém Massachusetts představil na podzim roku 2011 techniku, která pracuje s bakteriemi druhu Escherichia coli, jež obyčejně žijí ve střevní mikroflóře a které jsou známé zejména tím, že způsobují žaludeční nemoci či záněty močového měchýře.

Budoucnost biotechnologie

„Živé organismy navíc nabízejí možnost takzvaného řízeného uvolňování, kdy se zpráva objevuje v daném časovém horizontu. Její zobrazení tak může trvat hodiny nebo i dny,“ vysvětluje vedoucí týmu, profesor Manuel Palacios.

Fluorescenční proteiny, které se „rozsvítí“ pod ultrafialovým světlem, vznikají s aktivitou selektovaného genu. A ta se může různě ovlivňovat.

Tyto proteiny na poli genetického výzkumu nejsou žádnou novinkou, obvykle se jimi monitoruje aktivita genu. Tým profesora Palaciose však vytvořil sedm kmenů E. coli, a každý z nich „oblékl“ do jiné barvy.

Bude SPAMovat i CIA?

Jednotlivým zprávám říkají vědci SPAM. Nemá to ovšem co do činění s otravnou e-mailovou poštou. SPAM je v tomto případě zkratka, která vtipně vychází ze slov Steganography by Printed Arrays of Microbes, tedy „steganografie v tištěném poli mikrobů“. I když, kdo ví, kam název utajené zprávy odkazuje…

„Počítám, že tuto techniku v dohledné době CIA užívat nebude,“ odmítá spekulace vedoucí týmu Manuel Palacios s tím, že SPAM hlavně rozšiřuje povědomí uvnitř akademické obce o schopnosti vystopovat modifikované organizmy. „SPAM je hlavně akademické cvičení, jakýsi důkaz principu,“ vysvětlil.

Barvičky v agaru

Vědci tvoří zprávu SPAM tak, že v laboratoři umístí na Petriho misku bakterie s barevnou bílkovinou do přesného vzoru kódu. Petriho miska je zalitá „želatinovým“ agarem – médiem pro kultivaci mikroorganismů, který se vyrábí z červených mořských řas rodu Floridae, a bakterie se tak mohou vyživovat a růst.

Když takto vyšlechtěné E.coli na misce vyrostou, chemici pak bakterie v přesně daném pořadí vytisknou na nitrocelulózovou membránu. Ta může být odeslána příjemci.

„Vložíte-li jednou bakterie na tuto membránu, která vypadá opravdu jako papír, dostanete velmi stabilní a trvanlivou zprávu,“ říká k procesu SPAMování profesor chemie David Walt z Tuftsovy univerzity v Massachusetts, který na projektu spolupracoval.

Text je v barevném vzorci

Bude-li chtít čtenář zprávu zašifrovanou v bakteriích přečíst, bude muset přenést bakterie zpět do misky s agarem a posvítit na ně ultrafialové světlo, které zobrazí barvy, a pomocí klíče už jen rozluští šifru.

K zobrazení šifry může dojít během hodin i dnů. Vše záleží na vědcích, jak geny ovlivnili.

Zpráva se pak skládá z matice bodů generovaných sedmi kmeny E.coli, kdy každý kmen vyzařuje jednu barvu. Kódování pak závisí také na různém spárování těchto sedmi barev, kdy pak každý pár představuje nějaký znak.

Zpráva se pak čte například podle tohoto vzorce: zelená a oranžová vedle sebe značí „I“, červená a zelená dohromady zase „S“ a tak dále.

Co dokážou antibiotika?

Tým profesora Walta však šel v šifrování ještě dál a stvořil v Escherichia coli fluorescentní geny, které byly rezistentní na antibiotika. Zpráva se tak ukázala, jen když byl agar posypán správným antibiotikem v přesné dávce.

„Takto bychom mohli geny naprogramovat na citlivost vůči teplotě nebo živinám či jiným látkám,“ vysvětluje Walt s tím, že by šlo zařídit, aby E.coli časem ztrácela své fluorescenční vlastnosti.

„Tito mutanti by měli v sobě bezpečnostní opatření. Svým vývojem by vlastně odstranily zprávu,“ říká Walt s tím, že samozničení je principem mnoha hollywoodských filmů, jako je například špionážní thriller Mission Impossible, v němž se sama zničí videonahrávka.

Jak vznikl SPAM?

Princip SPAMu začali vědci vymýšlet při diskuzi v laboratoři. „Znali jsme dřívější steganografické experimenty, kdy se kódy vkládaly přímo do DNA. Můžete syntetizovat DNA  do kódu, kdy písmena budou korespondovat s různými kombinacemi bází.

Pak sekvencí DNA lze kód přečíst. To chce ale opravdu sofistikované vybavení,“ říká profesor David Walt.

„ Řekli jsme si, že to chceme zkusit nějak opravdu jednoduše, pomocí barvy. A tak se zrodil nápad fluorescenčních proteinů,“ vysvětluje Walt. „Jednoduchá otázka – kolik je informací v atomu, otvírá mnoho dalších otázek,“ prohlásil Palacios s tím, že doufá, že jeho výzkum je jen začátkem nového směru, takže je pravděpodobné, že v dohledné době se představí další objevy v biologickém kódování.

Jaká bude biotechnologie?

Budoucnost „spamování“ však zcela jistě nezůstane jen v laboratořích. „Nyní se zaměříme na vytvoření jakýchsi biologických vodoznaků k sledování geneticky modifikovaných organizmů,“ prozradil Mael Manesse, Ph.D., který je pod výsledky výzkumu také podepsán.

Tento tým vědců z Massachusetts už v současnosti pracuje na stejném principu u kvasinek či sporotvorných bakterií. „Celý celý systém by mohl být ještě stabilnějším,“ dodal Manesse.

Proč právě celulóza?

*Nitrocelulóza (NC), přesnějším označením nitrát celulózy, je vysoce hořlavá látka. *Vzniká esterifikací celulózy působením kyseliny dusičné nebo silné nitrační směsi.

*Nitrocelulozová membrána nebo nitrocelulozový papír je pak lepkavá membrána užívaná pro imobilizaci DNA a proteinů vzhledem ke své nespecifické afinitě k aminokyselinám. *Nitrocelulóza je často užívána při diagnostických testech, kde dochází k vazbě antigenů, např. u těhotenských testů.

Špioni všech zemí…

*Steganografie značí princip komunikace pomocí ukrývání celé zprávy, například pomocí neviditelných inkoustů. Slovo steganografie se skládá ze slov steganos (schovaný) a graphein (psát). Vada tohoto principu spočívá v tom, že když se zprávu podaří najít, je celý obsah prozrazen. Proto se často ještě navíc různě šifruje a kóduje.

*První zdokumentovaný případ steganografie pochází z 5. století před naším letopočtem, kdy Řek Demaratus, žijící v Sůsách poslal varování o perských přípravách na invazi do Řecka vyryté do voskové psací tabulky, z níž nejprve seškrábal vosk a po vyškrábání zprávy do dřevěného podkladu ji voskem opětovně zakryl.

Podle jiného dokumentu se v 5. století zpráva také napsala na lebku otroka, který zprávu donesl až v době, kdy mu dorostly vlasy.

*Moderní metody steganografie sahají třeba i do hromadných sdělovacích prostředků. Zprávy se schovají v novinách do textů inzerátů či jiných textů. Doslova špionážní boom způsobil vynález takzvaných mikroteček, což jsou mikroskopické zmenšeniny. Zprávu pak lze ukrýt v tisku například v tečce za větou.

*Existuje také digitální steganografie, kdy se tajné zprávy ukrývají například do souborů s hudbou či obrázky. Zprávu je možné „přibalit“ i do textových, nebo datových souborů, ale nejlépe se informace schovávají v grafických nebo zvukových formátech.

*Digitální steganografii se užívá nejvíce při ochraně autorských práv, kdy se vystavené fotografie či obrázky na internetu opatří takzvaným „digitálního vodoznaku“. Tento neviditelný „podpis“ pak může lehce usvědčit pachatele z šíření a užívání obrázku, který si nelegálně stáhl z internetu a vydával za svůj.