Los instrumentos de laboratorio son herramientas importantes en la investigación y la atención médica. Pero, ¿qué pasa si esos instrumentos están filtrando información valiosa?

Cuando se trata de bioseguridad, esto podría ser una amenaza muy real, según un grupo de investigadores de la Universidad de California, Irvine, y la Universidad de California, Orilla. Simplemente grabando los sonidos de un instrumento de laboratorio común, los miembros del equipo podrían reconstruir lo que estaba haciendo un investigador con ese instrumento.

"Cualquier máquina activa emite un rastro de alguna forma:residuo físico, radiación electromagnética, ruido acústico, etc. La cantidad de información en estos rastros es inmensa, y solo hemos llegado a la punta del iceberg en términos de lo que podemos aprender y realizar ingeniería inversa sobre la máquina que los generó, "dijo Philip Brisk, un profesor asociado de ciencias de la computación de UC Riverside que trabajó en el proyecto.

En un documento presentado en el Simposio de seguridad de redes y sistemas distribuidos, el grupo demostró que podían reconstruir lo que estaba haciendo un investigador al registrar los sonidos del instrumento de laboratorio utilizado. Eso significa académico, industrial, y los laboratorios gubernamentales están potencialmente abiertos al espionaje que podría desestabilizar la investigación, poner en peligro el desarrollo de productos, e incluso poner en riesgo la seguridad nacional.

Los investigadores se preguntaron si era posible determinar qué producía un sintetizador de ADN a partir de los sonidos que hacían sus componentes a medida que pasaba por su rutina de fabricación.

Los sintetizadores de ADN son máquinas que permiten a los usuarios construir moléculas de ADN personalizadas a partir de unos pocos ingredientes básicos. Los investigadores suelen construir segmentos de ADN para insertar en el genoma de otros organismos, especialmente bacterias, para hacer nuevos organismos. A veces, estos sistemas vivos se utilizan para fabricar nuevos productos farmacéuticos u otros productos valiosos.

Mohammad Abdullah Al Faruque, profesor de ingeniería eléctrica e informática de Brisk y UC Irvine, y su estudiante de doctorado Sina Faezi; junto con John C. Chaput, profesor de ciencias farmacéuticas en UC Irvine; y William Grover, profesor de bioingeniería en UC Riverside, coloque micrófonos similares a los de un teléfono inteligente en varios lugares cerca de un sintetizador de ADN en el laboratorio de Chaput.

Todo el ADN se construye a partir de solo cuatro bases, adenina (A), guanina (G), citosina (C), y timina (T), dispuestas en combinaciones casi infinitas. Los patrones específicos, o secuencias, se puede leer como una pista de qué tipo de ADN es.

Los sintetizadores de ADN contienen componentes que se abren y cierran para liberar sustancias químicas a medida que fabrican cada una de estas bases. junto con los tubos y cámaras a través de los cuales fluyen. Estos mecanismos producen sonidos distintivos mientras funcionan.

Después de filtrar el ruido de fondo y ejecutar varios ajustes en el sonido grabado, los investigadores encontraron que las diferencias eran demasiado sutiles para que los humanos las notaran.

"Pero a través de una cuidadosa ingeniería de funciones y un algoritmo de aprendizaje automático a medida escrito en nuestro laboratorio, pudimos identificar esas diferencias, ", Dijo Faezi. Los investigadores pudieron distinguir fácilmente cada vez que la máquina producía A, GRAMO, C, o T.

Cuando los investigadores utilizaron software para analizar los patrones AGCT que adquirieron a través de las grabaciones, identificaron el tipo correcto de ADN con un 86 por ciento de precisión. Al ejecutarlo a través de un conocido software adicional de secuenciación de ADN, aumentaron la precisión a casi el 100 por ciento.

Usando este método, un observador informado podría decir si la máquina estaba produciendo ántrax, viruela, o ADN del Ébola, por ejemplo, o un ADN comercialmente valioso destinado a ser un secreto comercial. El método podría ayudar a las fuerzas del orden a prevenir el bioterrorismo, pero también podría ser utilizado por criminales o terroristas para interceptar secretos biológicos.

"Hace unos pocos años, publicamos un estudio sobre un método similar para robar planos de objetos que se fabrican en impresoras 3-D, pero este ataque de sintetizador de ADN es potencialmente mucho más serio, "Dijo Al Faruque.

Los investigadores recomiendan que los laboratorios que utilizan máquinas de síntesis de ADN instituyan medidas de seguridad, como controlar estrictamente el acceso a las máquinas y retirar los dispositivos de grabación aparentemente inofensivos que quedan cerca de la máquina. También recomiendan que los fabricantes de máquinas comiencen a diseñar componentes de máquinas para reducir la cantidad de sonidos que hacen. ya sea rediseñando o reposicionando los componentes o envolviéndolos en material absorbente de sonido.

Casi todas las máquinas utilizadas en la investigación biomédica producen algún tipo de sonido, señalaron Brisk y Grover, y el truco podría posiblemente aplicarse a cualquier máquina.

"El mensaje para llevar a casa para los bioingenieros es que debemos preocuparnos por estos problemas de seguridad cuando diseñamos instrumentos, "Dijo Grover.

Además de Al Faruque, Enérgico, Grover, Chaput, y Faezi, los autores incluyen a los estudiantes de doctorado de UC Irvine Sujit Rokka Chhetri y Arnav Vaibhav Malawad. El papel, Oligo-Snoop:un ataque de canal lateral no invasivo contra las máquinas de síntesis de ADN, se presentará en el Simposio de seguridad de redes y sistemas distribuidos de 2019, que se lleva a cabo en San Diego entre el 24 y el 27 de febrero.