生物技术隐形墨水登《PNAS》2011热点文章

　　

生物通报道：临近岁末，《美国国家科学院院刊》（PNAS）公布了今年的10大热点文章，其中包括生物学，医学，机械工程等多个方面。其中来自美国塔夫斯大学，哈佛大学的研究人员发表了题为“InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages”的文章，介绍了一种利用生物技术，制造的隐形墨水，十分有趣。

隐形墨水其实并不稀罕，其实就是简单的利用酸碱指示剂在酸性或者碱性溶液中的颜色变化而已，但是这项成果则不同，它利用的改造过的不同种类的细菌，在特定条件下发光来实现的。

文章的通讯作者，塔夫斯大学David Walt教授表示，虽然需要间谍的时代已经过去了，但是依然有很多人需要一些能确保信息不被泄露的工具。

这些研究人员希望能通过生物技术来实现这一目标，他们对于基因改造很熟悉，通过不同的序列合成DNA，把它们排列出来，并读出它的遗传密码。但是这需要一些很精确的仪器。因此他们联想到了用最简单的方法把它标示出来：颜色，这就是使用荧光蛋白的由来。

研究人员将这种技术命名为SPAM（Steganography by Printed Arrays of Microbes），也就是打印式微生物排列信息隐藏法，这种方法基于Walt教授曾提出来的“金属丝燃烧传递信息（这是一种简单的通过化学信号来传递信息的方法）”的这一研究成果。

之后研究人员采用了七种不同的大肠杆菌，颜色各不相同。这七种不同的大肠杆菌，能组成一个简单的密码：一个绿色和橙色，代表一个I，一个红色和绿色则标示S。研究人员在一个琼脂盘里培养这些细菌，使其按光点图形密码方式生长。当菌株长大，他们就把一个富硝化纤维的膜放在琼脂盘上，然后硝化纤维膜上就有了和琼脂片上相同的菌株排列。当把硝化纤维膜压在新鲜琼脂上时，菌株再次被转移。当被荧光灯照射时，信息能被任何有密码的人破译出来。安全等级可以通过有针对性地改变荧光基因来实现。

而且研究人员还加入了氨苄抗性标记，大部分基因都会对刺激产生反应，比如严寒或是加热，或者其它的营养物和化合物，也能产生这种作用，把这些大肠杆菌改造后，如果超时，它们将失去荧光性。并且这些突变体可以通过超时便自我删除信息来提高安全系数。

原文摘要：

InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages

Abstract
This paper presents a proof-of-principle method, called InfoBiology, to write and encode data using arrays of genetically engineered strains of Escherichia coli with fluorescent proteins (FPs) as phenotypic markers. In InfoBiology, we encode, send, and release information using living organisms as carriers of data. Genetically engineered systems offer exquisite control of both genotype and phenotype. Living systems also offer the possibility for timed release of information as phenotypic features can take hours or days to develop. We use growth media and chemically induced gene expression as cipher keys or “biociphers” to develop encoded messages. The messages, called Steganography by Printed Arrays of Microbes (SPAM), consist of a matrix of spots generated by seven strains of E. coli, with each strain expressing a different FP. The coding scheme for these arrays relies on strings of paired, septenary digits, where each pair represents an alphanumeric character. In addition, the photophysical properties of the FPs offer another method for ciphering messages. Unique combinations of excited and emitted wavelengths generate distinct fluorescent patterns from the Steganography by Printed Arrays of Microbes (SPAM). This paper shows a new form of steganography based on information from engineered living systems. The combination of bio- and “photociphers” along with controlled timed-release exemplify the capabilities of InfoBiology, which could enable biometrics, communication through compromised channels, easy-to-read barcoding of biological products, or provide a deterrent to counterfeiting.