“Las bacterias ‘mensajeras’ pueden enviarse en un sobre de correo”

¿De dónde surge la idea de codificar mensajes a través de las bacterias?

Hace varios años, la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés) de EE UU pidió a la comunidad científica que presentara ideas para codificar mensajes secretos sin emplear la electrónica. Entonces, un grupo de investigación de la Universidad de Tufts (EE UU) dirigido por David Walt, y otro de la Universidad de Harvard (EE UU) liderado por George Whitesides, desarrollaron una técnica basada en la construcción de fusibles codificados con diferentes tipos y concentraciones de sales de metales que, cuando se prendían, emitían una secuencia de pulsos de luz visible e infrarroja, que codificaba un mensaje, y que se registraba por un telescopio a larga distancia.

En 2009, cuando me incorporé como investigadora postdoctoral al laboratorio de David Walt, se empezaba a fraguar la idea de poder transmitir ese mismo tipo de mensajes cifrados con sistemas biológicos sencillos de fácil lectura, como el color. Así surgió la idea de utilizar las proteínas fluorescentes expresadas por sistemas vivos sencillos, como las Escherichia coli.

¿En qué consiste el proceso de codificación y decodificación de estos mensajes?

El mensaje se edita utilizando siete cepas diferentes de bacteria Escherichia coli, que codifican independientemente una proteína fluorescente cuya naturaleza depende del gen con el que previamente se hayan transformado. Solo cuando los genes se activan, las bacterias crean estas proteínas, cambian de color y además empiezan a emitir luz al exponerse a ciertas condiciones lumínicas.

¿Qué traducción tiene cada color?

Los colores, como el verde, amarillo y rojo, varían en función de qué gen se expresa. Todos los colores y emisiones de luz son claramente visibles y diferentes. Con estas cepas de E. coli policromáticas, se crea un código con pares de diferentes bacterias de color. Por ejemplo, el uso de siete cepas con siete colores diferentes permite 49 combinaciones, que se utilizan para codificar 26 letras diferentes y 23 símbolos alfanuméricos, como ‘@’ y ‘$’. Así, por ejemplo, un par de colonias roja-verde significa ‘S’, mientras que el par de colonias verde-naranja hace referencia a la letra ‘l’.

¿De qué forma se escribe y envía esta información?

Los mensajes se escriben transfiriendo los pares de colonias cromáticas a placas de agar –gelatina vegetal de origen marino– combinados de tal forma que dependen del mensaje que se desee enviar y, a continuación, se imprimen en hojas de papel nitrocelulosa que inmoviliza a las bacterias. En este punto, estos microorganismos son todavía blancos y pueden enviarse en un sobre de correo ordinario manteniendo las condiciones de seguridad que sean necesarias.

Si caen en manos ajenas, ¿cómo se protege el mensaje?

Cuando lo recibes, hay que colocar el papel en una placa de agar con un compuesto químico que activa el gen que produce la proteína fluorescente. La placa de agar se usa como medio de crecimiento de bacterias, que comienzan a desarrollarse y a producir este gen fluorescente, que es lo que vuelve el mensaje legible. Si el receptor no sabe qué colores se corresponden con los caracteres, el mensaje no se revelará o será erróneo.

Además, se añadió un nivel de protección adicional para mensaje encriptado: en algunas bacterias se insertan genes de resistencia a los antibióticos. La idea es que solo estas sean las que lleven el mensaje real. Si el mensaje cae en las manos equivocadas, el receptor solo ve una mezcla de colores –una vez que los genes se activan– y es incapaz de leerlo. Pero si el receptor añade el antibiótico correcto, las bacterias no resistentes y sus colores se desvanecen, y el mensaje queda claro.

En el artículo que publica PNAs, y que ha tenido una amplia difusión en Nature News, Science Now, C&EN, The wired, Time, etc., se hace referencia a los mensajes ‘autodestruibles’ que se hicieron célebres con la película Misión imposible. ¿Este tipo de encriptación de mensajes que han desarrollado tiene la propiedad de desaparecer por sí solo?

Efectivamente, las mutaciones que suceden según las colonias van envejeciendo, producen alteraciones en el fenotipo. En este caso, se observa la aparición proteínas fluorescentes cuyas cualidades luminosas y cromáticas se han empobrecido. En consecuencia, esta alteración ofrece un mecanismo de seguridad inherente que podríamos denominarlo como ‘autoborrado’ o ‘autodestrucción’ del mensaje.

Craig Venter escribió su nombre, junto con varias citas, en el ADN de las bacterias parcialmente sintéticas. ¿Qué diferencia hay con este nuevo sistema que han desarrollado?

Durante años los científicos han sido capaces de codificar mensajes en el ADN de microorganismos, como hace poco hizo Venter en su bacteria semisintética. Pero estos sistemas son muy complejos. En nuestro caso basta con usar tecnología sencilla. Se pueden emplear incluso diodos emisores de luz (LED) como fuentes de excitación o teléfonos móviles con cámara para el registro del mensaje enviado.

¿Para qué mensajes se utiliza este tipo de información codificada?

Además de poseer un interés académico muy interesante, podría ser útil para que las empresas puedan codificar identificadores secretos en los cultivos, las semillas u otros productos agrícolas.