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Área - Ingeniería y Arquitectura Comunicación Reportajes

Un ‘hackeo’ óptico muestra un agujero de seguridad en un sistema criptográfico

Un ‘hackeo’ óptico muestra un agujero de seguridad en un sistema criptográfico

La Universidad de Valladolid encuentra vulnerabilidades en el envío  de claves secretas a decenas de kilómetros mediante láseres ultralargos

En el campo de la investigación ha emergido un nuevo método criptográfico para el intercambio seguro de información. Se basa en láseres ultralargos de fibra óptica. Por medio de estos enlaces de luz, se pueden enviar datos cifrados a decenas de kilómetros de distancia. Supone una alternativa más económica a la criptografía cuántica, que garantiza la absoluta confidencialidad, pero está todavía en ciernes. Sin embargo, un equipo de investigación de la Universidad de Valladolid ha encontrado agujeros por donde podría atacar un pirata informático. El trabajo ayuda a pulir estos sistemas de seguridad y evitar el filtrado de información sensible para las organizaciones.

La criptografía cuántica pone en práctica el principio de incertidumbre de Heisenberg. De manera muy sucinta, el principio viene a decir que el observador modifica lo observado, eso sí, en la minúscula escala espacial en la que opera la física cuántica. Al introducir este factor, el observador modificando lo observado, cuando alguien se inmiscuye en una transmisión cifrada con criptografía cuántica, el emisor y el receptor se enteran de esa interferencia en el mensaje transmitido. Ese chivatazo garantiza la confidencialidad de forma absoluta.

Aunque ya existen empresas que comercializan sistemas de criptografía cuántica, esta tecnología todavía está en pañales y es costosa. Por ello, se ha desarrollado otro tipo de cripografía, basada en láseres ultralargos, también extremadamente segura, pero no totalmente y de forma demostrable, y de realización más simple.

Criptografía

Láseres ultralargos

El sistema se basa en aprovechar las propiedades físicas de los láseres ultralargos. Los láseres ultralargos disponen de una cavidad de varios kilómetros, lo que permite aprovechar su interior como soporte para la transmisión de un mensaje. Con este sistema, se pueden enviar datos de forma segura a unas decenas de kilómetros, desde Valladolid o Palencia a Dueñas, por ejemplo.

El catedrático Pedro Chamorro y el profesor Juan Carlos García Escartín, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicaciones de la Universidad de Valladolid, pusieron a prueba uno de estos sistemas de encriptado más sofisticado, desarrollado por especialistas de Israel y del Reino Unido. Los investigadores de la UVa introdujeron una señal de sonda enmascarada en el ruido del propio láser y hallaron vulnerabilidades  en estos modelos. La demostración de estos agujeros de seguridad ha sido publicada en la revista científica IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.

El trabajo se hizo no en un espacio físico, sino mediante ecuaciones y simulaciones. “Atacamos teóricamente una propuesta teórica”, resume Chamorro. No obstante, el soporte matemático de este trabajo científico se podría comprobar in situ porque los encriptadores del centro de investigación israelí disponen de estos láseres.

Parches

El trabajo de hackeo óptico advierte de los fallos en la seguridad de una transmisión de claves, por lo que también proporciona soluciones para parchear la transmisión. Un hacker es un experto en introducirse en sistemas informáticos sin permisos, puede ser de forma perniciosa o para definir parches en los sistemas de seguridad.

El grupo de investigación también trabaja en el ámbito de la información cuántica, que emplea recursos de esta naturaleza en tecnologías de la comunicación y la información. “Los ordenadores cuánticos permiten cálculos que no son posibles con omedios convencionales al aprovechar recursos cuánticos, como el entrelazamiento de las unidades de información”, expresa Chamorro. Por ello, en vez de las unidades de información convencionales, denominadas bits, se emplean cúbits. Los chips con cúbits en vez de bits son prometedores prototipos, aunque recientemente algunos fabricantes han anunciado ya para el mercado procesadores cuánticos de 17 o 49 cúbits.

Bibliografía

Juan Carlos García Escartín y Pedro Chamorro Posada. ‘Hidden Probe Attacks on Ultralong Fiber Laser Key Distribution Systems’. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. Vol. 24. No 3. May/June 2018. DOI: 10.1109/JSTQE.2017.2784539

 

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Descrita una proteína clave en la formación del aislante eléctrico de las neuronas

Descrita una proteína clave en la formación del aislante eléctrico de las neuronas

El IBGM, centro mixto UVa-CSIC, avanza en el conocimiento de las membranas de células gliales cuyo daño origina enfermedades como la esclerosis múltiple

Igual que la electricidad necesita un cableado para que no se escape la corriente, las prolongaciones de las neuronas están recubiertas de otras células que hacen las veces de fundas para que la comunicación entre ellas sea efectiva. Ese recubrimiento se lo ofrecen células gliales y se denomina mielina. En algunas enfermedades, como la esclerosis múltiple, esta capa protectora falla. Un equipo de investigación del Instituto de Biología y Genética Molecular (centro mixto Universidad de Valladolid-Consejo Superior de Investigaciones Científicas) ha descrito una proteína que juega un papel clave en la compactación del envoltorio. Su conocimiento ayuda a comprender mejor el sistema de protección de las prolongaciones de las neuronas y, en un futuro aún lejano, podría proporcionar nuevos fármacos para el tratamiento de enfermedades desmielinizantes como la esclerosis múltiple.

La apolipoproteína D es una vieja conocida para el equipo de investigación que encabezan Lola Ganfornina y Diego Sánchez, adscritos al Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Fisiología de la UVa. Desde 1992 han trabajado con esta molécula. Su papel más conocido es el de guía para las neuronas. En la fase embrionaria, las neuronas tienen una forma redondeada, pero poco a poco empiezan a estirar sus brazos, denominados axones, por los que se transmiten las señales eléctricas y químicas que dan sentido a todo el sistema nervioso. ¿Cómo saben las neuronas hacia dónde crecer? Esta proteína, también conocida como ApoD, hace de lazarillo y les enseña el camino.

Su papel no queda reducido a este pastoreo. La mielina es una vaina para los axones, las prolongaciones de las neuronas. Las células gliales protectoras se envuelven en torno a estos extremos, pero entre sus capas pueden dejar espacios. Si la funda queda deteriorada, las neuronas, células transmisoras del impulso nervioso, quedan expuestas a un daño. El IBGM ha descubierto ahora que para compactar estas vainas, la célula emplea la proteína ApoD. El trabajo ha sido publicado recientemente en la revista científica Glia.

En un trabajo experimental con ratones, el equipo investigador observó que aquellos en los que no se expresaba la proteína tenían una vaina más débil. En estos ratones, las células de su sistema nervioso envejecían más rápidamente. La investigación ha sido desarrollada en colaboración con el Instituto de Neurociencias de Castilla y León, de la Universidad de Salamanca.

“Llevamos persiguiendo las pistas que va dejando ApoD en las células gliales como si fuera una película policiaca”, explica Lola Ganfornina. Mediante imágenes de microscopía electrónica y confocal, el equipo científico observó la última pista, un movimiento de la proteína objeto de estudio desde la membrana, donde se sitúa de forma general, al interior de la célula. En la célula existe un sistema de reciclaje denominado lisosoma. Reutiliza compuestos que la célula ha desechado inicialmente o los reduce para expulsaros de forma ordenada al exterior. También ayuda a reciclar la membrana de la mielina, y de esta forma se controla su compactación, que la convierte en vaina aislante. Cuando el lisosoma no está estable, las funciones de reparación y reciclado se descontrolan y empiezan a afectar a otras partes de la célula. Es el origen de enfermedades como la de Niemann-Pick de tipo A. La proteína ApoD sirve de apoyo al lisosoma para evitar o minimizar su descontrol.

. Investigadoras del grupo del IBGM (Instituto de Biología y Genética Molecular, centro mixto UVa-CSIC) en torno al desarrollo y degeneración del sistema nervioso

Investigadoras del grupo del IBGM (Instituto de Biología y Genética Molecular, centro mixto UVa-CSIC) en torno al desarrollo y degeneración del sistema nervioso

Aplicaciones

Al saber cómo ApoD ayuda concretamente a compactar la mielina, este conocimiento puede ser útil para desarrollar nuevos fármacos en enfermedades desmielizantes, como la esclerosis múltiple. También puede servir para enfermedades donde el lisosoma yerra, no solo en células de la mielina, sino en otras células gliales.

La proteína ApoD está presente en estas células auxiliares del sistema nervioso, tanto en los astrocitos, que intervienen secundariamente en la sinapsis entre las neuronas, como en la mielina, la capa que protege las prolongaciones transmisoras de las señales eléctricas de las neuronas.

En los animales que no disponen de esta proteína, se ha observado que el cerebro envejece antes. En experimentos de comportamiento con ratones, aquellos que tenían anulada la expresión de la proteína perdían capacidades cognitivas asociadas a la memoria. A todos se les proporcionaba estímulos nuevos. El ratón es un animal curioso por naturaleza, por lo que se acercaban a estos estímulos, tales como figuras decorativas u otros objetos. Cuando se cambiaba alguna de estas piezas, los animales sanos se centraban en la nueva, mientras que los que tenían la proteína anulada no eran capaces de reconocer la novedad y regresaban a los ya observados. “No tenían recuerdos o eran muy vagos, por eso exploraban todos los estímulos indistintamente”, explica Ganfornina. Este deterioro está vinculado a enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer.

. La investigadora del IBGM Nadia García Mateo analiza en el microscopio una muestra

La investigadora del IBGM Nadia García Mateo analiza en el microscopio una muestra

Bibliografía

Nadia García Mateo, Raquel Pascua Maestro, Alberto Pérez Castellanos, Concepción Lillo, Diego Sánchez, María Dolores Ganfornina. ‘Myelin extracelular leaflet compaction requires apolipoprotein D membrane management to optimize lysosomal-dependent recycling and glycocalyx removal’. Glia. DOI: 10.1002/glia.23274

 

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Varios virus infectan a un peligroso patógeno forestal mediante el uso de las nuevas técnicas genómicas

Varios virus infectan a un peligroso patógeno forestal mediante el uso de las nuevas técnicas genómicas

El hallazgo lo ha llevado a cabo un grupo de científicos del Grupo de Patología Forestal del campus de la Universidad de Valladolid en Palencia

Las nuevas técnicas de secuenciación de genomas son capaces de obtener millones de secuencias de ADN (o ARN) en un solo procesado de la muestra. Investigadores de la Unidad de Patología Forestal del Campus de Palencia (iuFOR; UVa-INIA) en colaboración con el Natural Resources Institute Finland (LUKE, Finlandia) han puesto a punto el uso de secuenciación masiva de ARN para identificar virus asociados a un peligroso patógeno forestal: Fusarium circinatum, el hongo causante del chancro resinoso del pino. Esta especie provoca gran mortalidad de plántulas de pino en vivero, causando graves daños al arbolado adulto en pinares y repoblaciones alrededor del mundo, incluido nuestro país.
“Esta clase de análisis provee de millones de datos, pero identificar un virus entre miles de secuencias requiere de un minucioso análisis bioinformático” explica E. Jordán Muñoz Adalia investigador predoctoral de la UVa. Los virus que infectan hongos forestales pueden en ocasiones ser de utilidad para detener estas patologías del arbolado, puesto que algunos de ellos debilitan al hongo, haciendo que la planta supere la enfermedad. “Con estos métodos, es posible detectar virus incluso cuando se encuentran en muy baja proporción en las muestras silvestres” añade J.J. Diez Casero, director de la investigación. El trabajo está también supervisado por la investigadora del campus de la Yutera Mercedes Fernández.

Cepas del hongo 'Fusarium circinatum' creciendo en medio de cultivo para la posterior extracción de ARN
Cepas del hongo ‘Fusarium circinatum’ creciendo en medio de cultivo para la posterior extracción de ARN

Resultados

Los resultados del estudio, que han sido recientemente publicados en la revista internacional Archives of Virology (de la prestigiosa editoral Springer), serán de gran utilidad en el estudio de esta grave enfermedad forestal que provoca cuantiosas pérdidas económicas en España.
El Instituto de Investigación en Gestión Forestal Sostenible de la UVa, al que pertenecen los miembros del trabajo, está llevando a cabo una intensa actividad en el estudio de diversas patologías forestales, donde se han desarrollado ya una quincena de tesis doctorales. Los miembros de esta Unidad coordinan diversos proyectos nacionales e internacionales sobre esta enfermedad, como el Proyecto PINESTRENGTH (financiado por la Unión Europea), en el que participan 36 países de todo el mundo.
Durante su existencia, este grupo ha organizado diversas reuniones internacionales, como el Congreso IUFRO (International Union of Forest Research Organizations) celebrado en el año 2011, sobre enfermedades forestales, que contó con la participación de investigadores de 17 países; o de carácter nacional, como el congreso de la Sociedad Española de Fitopatología (SEF) que se desarrolló en el año 2016 en el Teatro Principal y en el Palacio de la Diputación de Palencia.

Chancro resinoso del pino

Chancro resinoso del pino. Foto: Pablo Martínez Álvarez

Bibliografía

Muñoz-Adalia E.J., Diez J.J., Fernández M.M., Hantula J. & Vainio E.J. 2018. Characterization of small RNAs originating from mitoviruses infecting the conifer pathogen Fusarium circinatum. Archives of Virology. https://doi.org/10.1007/s00705-018-3712-2

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La adición de sustancias ácidas naturales mejora los productos sin gluten de nueva hornada

La adición de sustancias ácidas naturales mejora los productos sin gluten de nueva hornada

La Universidad de Valladolid investiga las bases para elaborar este tipo de alimentos más nutritivos y apetitosos

Cada vez es más habitual la presencia de productos sin gluten en las estanterías de los supermercados. Además de las personas con celiaquía u otras patologías asociadas a este conjunto de proteínas presentes en cereales como el trigo, existen consumidores que demandan estos alimentos de forma creciente. Al calor de esta demanda, un grupo de investigación de la Universidad de Valladolid, ProcerealTech, trabaja en mejorar las propiedades nutricionales y el sabor de estas alternativas a los panes, bollos o galletas convencionales. Recientemente han observado que la adición de sustancias ácidas naturales, similares a las producidas de forma espontánea por las masas madre utilizadas tradicionalmente en la elaboración de panes de trigo, permiten una mejora de estos productos.

En el horno de cualquier tahona, hay un momento en el que la masa fermenta y se reduce su pH. Como si se tratara de una panadería, el equipo científico ha utilizado la acidificación y la adición de proteínas exógenas, además de otros ingredientes de alto valor nutricional, para mejorar las características de estos alimentos. “Generalmente, se emplea harina de arroz u otras harinas pobres desde el punto de vista nutricional para elaborar los productos sin gluten”, explica Felicidad Ronda, responsable del equipo de la Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias de Palencia.

Para mejorar las características nutricionales y organolépticas de la harina de arroz como substituta del trigo, se emplea almidón procedente de arroz, maíz, patata o tapioca. Una línea de investigación de esta unidad de investigación consolidada reconocida por la Junta de Castilla y León trabaja en el enriquecimiento proteico de productos sin gluten. Para ello, complementa las harinas de arroz con proteína de guisante, de soja, de albúmina de huevo o de caseína de leche de vaca o modifican el proceso mediante la acidificación de las masas, como se hace en la elaboración del pan de trigo.

La investigadora Marina Villanueva muestra productos sin gluten horneados en la Universidad de Valladolid

La investigadora Marina Villanueva muestra productos sin gluten horneados en la Universidad de Valladolid

Margen de mejora

Un trabajo de investigación publicado en la revista científica Food Hydrocolloids presenta unas mejoras en la elaboración de alimentos en los que se han cambiado la proporción de dos tipos de ingredientes: por un lado, el tipo de almidón (patata, arroz o tapioca); por otro, la proteína añadida (soja o albúmina de huevo). A partir de esta labor de cocina científica, el equipo del Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal con sede en el edificio Lucía de Valladolid obtuvo geles más consistentes y adecuados para su uso alimentario. Los geles se forman en la elaboración de cremas salsas y postres. “Estudiamos las bases científicas que nos permiten elaborar productos sin gluten más nutritivos y apetitosos”, explica Marina Villanueva, a cuya tesis doctoral pertenecen estos resultados obtenidos en colaboración con la Universidad Aristóteles de Salónica (Grecia).

El trabajo de investigación ha permitido establecer un margen de maniobra en la modificación del nivel de acidez que ahora puede resultar útil a la industria agroalimentaria. En concreto, la adición de un porcentaje de proteína procedente de albúmina de huevo o de soja combinado con la reducción del pH es capaz de modificar las temperaturas de cocinado y las consistencias de los geles obtenidos a partir de almidones de arroz, patata o tapioca empleados en los productos sin gluten. Con ello, se podrán mejorar las formulaciones de estos productos.

Para ello, el equipo empleó técnicas de laboratorio como la calorimetría diferencial de barrido, la medida de propiedades reológicas de los geles y la microscopía laser con focal para observar los cambios.

 

Integrantes del grupo de investigación ProCerealTech, de la Universidad de Valladolid

Otras líneas

En el objetivo de obtener mejores productos sin gluten, la unidad investigadora también ha trabajado en el enriquecimiento con fibra soluble a partir de avena o cebada y actualmente mantiene abiertas dos líneas en el estudio de la modificación física de harina sin gluten y en la búsqueda de granos distintos para la obtención de nuevas harinas de elevado valor nutricional (como el teff o el trigo sarraceno).

 

 

Productos sin gluten enriquecidos elaborados en la Universidad de Valladolid

Productos sin gluten enriquecidos elaborados en la Universidad de Valladolid

Gluten como sinónimo de saludable

A pesar de la demanda creciente por parte de un sector de consumidores, la investigadora principal, Felicidad Ronda, recuerda que “no hay nada que demuestre el perjuicio para la salud del consumo de productos con trigo para aquellas personas que no padecen celiaquía ni ninguna otra forma de  intolerancia al gluten/trigo”. No obstante, para la científica “es obligado ofertar materias primas diferentes al trigo para diversificar la dieta y aumentar la oferta de productos saludables a los consumidores”.

Bibliografía

Marina Villanueva, Felicidad Ronda, Thomas Moschakis, Athina Lazaridou, Costas G. Biliaderis, ‘Impact of acidification and protein fortification on termal properties of rice, potato and tapioca starches and rheological behaviour of their gels’. Food Hydrocolloids. 79 (2018). 20-29

Limitaciones del estudio

El autor advierte que este estudio tiene ciertas limitaciones en las que quieren trabajar a futuro. Entre ellas están la inclusión del papel del transporte compartido, el desarrollo de las tecnologías de hidrógeno, las diferencias regionales y la falta de datos sobre disponibilidad de materiales, que no permite conocer con precisión cómo la escasez de estos podría afectar a la demanda.

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Un trabajo coordinado por el IOBA minimiza un fármaco en el tratamiento del ojo seco

Un trabajo coordinado por el IOBA minimiza un fármaco en el tratamiento del ojo seco

El medicamento experimental suplementa una proteína implicada solo con la parte esencial de la misma. El sistema, en fase muy preliminar, penetra mejor en la superficie ocular y reduce la inflamación

l literato y aviador Antoine de Saint-Exupéry dejó una cita grabada a fuego en la mente de algunos buenos diseñadores: «La perfección se alcanza no cuando no hay nada más que añadir, sino cuando ya no queda nada más que quitar». Bajo esta misma premisa parece haber trabajado un equipo científico dirigido desde el Instituto Universitario de Oftalmobiología Aplicada (IOBA) de la Universidad de Valladolid para mejorar el tratamiento del ojo seco. La investigación ha empleado en un fármaco la parte más activa de una proteína cuya disminución está implicada en enfermedades inflamatorias y con ello ha mejorado su efectividad.

“La inflamación juega un papel muy importante en el desarrollo del ojo seco”, advierte la responsable de la línea de investigación, Yolanda Diebold, líder de un equipo científico en el grupo de Superficie Ocular del IOBA. El ojo seco es una enfermedad ocular derivada de la alteración de la composición de la lágrima que baña la parte experior del órgano visual. Para suplir esta deficiencia, generalmente se emplean colirios. Sin embargo, las gotas administradas se encuentran una barrera natural muy efectiva que la vuelve impermeable a muchos medicamentos. La parte externa del ojo tiene que batallar día a día con agentes externos agresivos (polvo, microorganismos…), por lo que ha desarrollado una densa capa protectora. El fármaco convencional penetra con dificultad al interior de los tejidos. Un equipo multidisciplinar de la Universidad de Valladolid, compuesto por biólogos, biotecnólogos, tecnólogos farmacéuticos y optometristas, junto con tecnólogos farmacéuticos de la Universidad Complutense de Madrid, han logrado diseñar un fármaco experimental más pequeño y permeable al usar sólo una pequeña parte de una de las proteínas disminuidas cuando la superficie del ojo se inflama.

La proteína cuyos niveles disminuyen se denomina trombospodina-1. Está presente en los tejidos del cuerpo humano, entre ellos, los oculares. En trabajos experimentales previos, se había observado su implicación en el ojo seco, por lo que se propuso suplementarla desde fuera. “Sin embargo, esta proteína es muy grande y compleja”, matiza Diebold. Introducir una proteína voluminosa a través de una barrera celular densa es una misión complicada. El equipo investigador seleccionó de la proteína su parte más específica, un péptido, y formuló el sistema de transporte y protección para abrirse camino hacia el interior. Los resultados han sido publicados en Experimental Eye Research.

Una investigadora del IOBA pipetea en uno de los laboratorios de investigación del instituto

Una investigadora del IOBA pipetea en uno de los laboratorios de investigación del instituto

Cultivos celulares y ojos de cerdo

El fármaco experimental se empleó en células de córnea humanas y en ojos de cerdos obtenidos de mataderos. Los suidos son animales muy parecidos al ser humano en muchos aspectos anatómicos. El péptido lograba penetrar la córnea y lo hacía más profundamente que los tratamientos convencionales tanto en tiempos cortos, cinco minutos después de la administración, como más largos, una hora.

El equipo investigador quiere llevar ahora el nuevo tratamiento a Estados Unidos. Diebold, doctora en Medicina y Cirugía, colabora habitualmente con un equipo de inmunología de la Universidad de Boston. Este grupo dispone de unos ratones con ojo seco que carecen por completo de la proteína objetivo y es necesario probar si el fármaco experimental es eficaz contra la enfermedad.

Precisamente, el equipo dirigido por Diebold trabaja en el desarrollo de modelos de estudio in vitro (con cultivos celulares) y ex vivo (con muestras extraídas de pacientes u ojos de cerdo) para reducir la presencia de animales de experimentación en los laboratorios, en consonancia con la directiva europea de 2010.

magen de microscopía. Se observa la penetración de la proteína (en verde) en la superficie ocular

Imagen de microscopía. Se observa la penetración de la proteína (en verde) en la superficie ocular

Prevalencia del ojo seco

El ojo seco es una enfermedad ocular con una prevalencia entre el 10 y el 30 por ciento de la población. Se produce en mayor porcentaje en mujeres que en hombres, ya que tiene un componente hormonal. De hecho, es más frecuente tras la menopausia. No obstante, se ha observado un incremento en los últimos años, también en varones, derivado de la sequedad de ambientes de trabajo o del uso constante de pantallas en oficinas o en la vida cotidiana.

Bibliografía

Laura Soriano Romaní, Jesús Álvarez Trabado, Antonio López García, Irene Molina Martínez, Rocío Herrero Vanrell, Yolanda Diebold. ‘Improved in vitro cornela delivery of a thrombospondin-1-derived peptide using a liposomal formulation’. Experimental Eye Research. 167 (2018) 118-121. DOI: https://doi.org/10.1016/j.exer.2017.12.002