聽!科學家把冠狀病毒蛋白質結構轉換成了音樂

2020-11-30 驅動之家

麻省理工學院（MIT）的Markus Buehler擅長開發人工智慧模型，以設計新的蛋白質。其中，他最為人所知的技術即利用聲音化技術，來闡明結構細節，否則這些細節可能難以捉摸。

現在，他的實驗室已經應用這種方法來模擬導致新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）高傳染率的突刺蛋白的振動特性。

他們的研究成果可能有一天能幫助科學家找出能阻止病毒傳播的最好方法，從而開發出潛在的治療方法，並希望預防未來的致命爆發。

Buehler認為，音樂創作的層次元素（如音高、音域、力度和節奏等）類似於蛋白質結構的層次元素。

就像音樂的音符和和弦數量有限，並使用不同的組合來創作音樂一樣，蛋白質也有數量有限的構建塊（20種胺基酸），這些構建塊以多種方式組合在一起，創造出具有獨特特性的新型蛋白質結構。每個胺基酸都有一種特殊的聲音特徵，類似於指紋。

「任何音樂流派都有模式，」Buehler去年在採訪中說道，「你會看到聲音、音調的普遍性，但你也會看到重複的模式，如古典音樂中的主題和樂章。這些類型的模式也存在於蛋白質中。」

幾年前，Buehler帶領MIT的科學家團隊將蜘蛛絲線中的蛋白質分子機構映射到音樂理論中，以得到蛛絲的「聲音」，希望建立一種全新的方法來創造設計蛋白。

他們隨後開發了一個更先進的系統，用蛋白質結構製作音樂，再將其轉換回來，從而創造出自然界從未見過的新型蛋白質。

團隊還為Android智慧型手機開發了一款免費的應用，稱為胺基酸合成器（Amino Acid Synthesizer），因此用戶可以使用胺基酸的聲音，創造自己的蛋白質「成分」。

「我們的大腦善於處理聲音，」Buehler解釋道，「在一次掃描中，我們的耳朵會識別出聲音的所有層次特徵：音高、音色、音量、旋律、節奏和和弦。我們需要使用一個高倍顯微鏡才能看到圖像中的細節，但我們無法看到所有細節。聲音是獲取存在蛋白質中信息的一種非常優雅的方式。」

新型冠狀病毒也並不例外。正如Buehler介紹的：「其突刺蛋白包含三條蛋白質鏈摺疊成的一個有趣的模式。這些結構太小，無法用肉眼看到，但可以用耳朵聽到。我們將蛋白質的物理結構及其纏繞的鍊表示為交織的旋律，形成多層次的組合。突刺蛋白的胺基酸序列、二級結構模式及其複雜的三維摺疊都具有一定的特點。由此產生的作品是一個對位音樂的形式，在這種音樂中，兩個或幾個有關但是獨立的旋律組成一個和聲。就像一首交響樂，音樂模式反映了蛋白質通過具體化其DNA代碼實現的交叉幾何結構。」

「病毒具有欺騙和利用宿主進行自身繁殖的不可思議的能力。其基因組劫持了宿主細胞的蛋白質製造機制，並迫使其複製病毒基因組並產生病毒蛋白來製造新的病毒。當你聽到的時候，你可能驚訝於音樂令人愉悅、甚至是令人放鬆的音調。因為它欺騙我們的耳朵，就像病毒欺騙我們的細胞一樣。通過音樂，我們可以從新的角度看到SARS-CoV-2的突刺蛋白，並認識到我們迫切需要學習蛋白質的語言。」

Buehler認為，更好地了解這些振動模式對於將來設計有效的藥物治療至關重要，或許可以尋找具有相似旋律和節奏的蛋白質，從而使其成為有效的抗體，進而限制病毒感染宿主的能力。

而在更美學的層面上，「這種音樂藝術教會了我們，作為對立的兩極，生與死之美之間存在的微妙的界限。」


放大的可視化新型冠狀病毒（SARS-Cov-2）突刺蛋白的振動特性，三原色分別代表了突刺蛋白的三條蛋白質鏈

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#生科醫學#音樂#蛋白質#新冠病毒

原文連結：蝌蚪五線譜 責任編輯：上方文Q

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