通过将分子结构转化为声音 研究人员可以深入了解蛋白质的结构 并创造新的变�

想要创造一种可能具有有用功能的新蛋白质？没问题。只有几格。

在科学与艺术的惊人结合中，麻省理工学院的研究人员开发了一种系统，用于将蛋白质(所有生物的基本构建模块)的分子结构转换为类似于音乐段落的可听声音。然后，通过逆转这一过程，他们可以在音乐中引入一些变化，并将其转化回新的蛋白质，这在自然界中是前所未有的。

虽然不是哼哼新蛋白那么简单，但是新系统已经很接近了。它提供了将蛋白质的氨基酸序列翻译成音乐序列的系统方法，并利用分子的物理特性来确定声音。虽然对声音进行了移调，使其处于人类的可听范围内，但音调及其关系是根据每个氨基酸分子本身的实际振动频率，利用量子化学的理论计算出来的。

该系统由迈克菲工程教授兼麻省理工学院土木与环境工程系主任马库斯布勒(Markus Buehler)和博士后迟华玉(Chi Hua Yu)以及另外两人共同开发。正如ACS Nano杂志中所述，这个系统将20种氨基酸转化为20种色调，这些色调是连接在一起形成所有蛋白质的建筑块。那么，蛋白质的任何长序列氨基酸都会变成一系列的音符。

虽然这个音阶对于习惯了西方音乐传统的人来说，听起来并不熟悉，但是听者在熟悉了声音之后，很容易就能听出这种联系和区别。Buehler说，在听了生成的旋律后，他现在可以分辨出一些特定结构和功能的蛋白质所对应的氨基酸序列。“这是一个测试版本，”他可能会说，或者“这是一个阿尔法螺旋”。

学习蛋白质的语言。

Buehler解释说，整个概念是为了更好地理解蛋白质及其变体。蛋白质是皮肤、骨骼和肌肉的结构材料，但它也是酶、信号化学物质、分子开关和所有生物机器的许多其他功能材料。但是它们的结构非常复杂，包括它们折叠成通常决定其功能的形状的方式。“他们有自己的语言，我们不知道它是如何运作的，”他说。“我们不知道丝蛋白是由什么构成的，也不知道丝蛋白以何种模式反映了酶的功能。我们不知道代码。”

通过将语言翻译成专门适应人类的不同形式，并允许不同方面的信息以不同的维度编码——音调、音量和持续时间——Buehler和他的团队希望收集新的见解，以了解不同蛋白质家族及其变体之间的关系和差异，并将其作为探索其结构和功能的许多可能调整和修改的方法。就像音乐一样，蛋白质的结构是分层的，在不同的长度或时间尺度上有不同层次的结构。

然后，团队使用人工智能系统研究不同蛋白质产生的旋律目录。他们让AI系统在音乐序列中引入微小的变化或创建一个全新的序列，然后将声音翻译成对应于修改或新设计版本的蛋白质。通过这一过程，他们能够创造出蛋白质的变体，例如，蜘蛛丝，这是自然界中最坚固的材料之一，从而创造出一种不同于进化产生的蛋白质的新蛋白质。

布勒说，尽管研究人员自己可能不知道基本规则，但“人工智能已经学会了蛋白质的设计语言”，它可以对其进行编码，以创建现有版本的变体，或全新的蛋白质设计。他说，鉴于“数万亿和数万亿”的潜在组合，当谈到创造一种新的蛋白质时，“你将无法从头开始，但这是人工智能可以做到的。”

“组成”新的蛋白质

他说，使用这样一个系统，用一组来自特定蛋白质的数据训练人工智能系统可能需要几天时间，但它可以在几微秒内产生一个新的变体设计。“没有其他方法可以接近，”他说。“缺点是模型没有告诉我们内部发生了什么。我们只知道它有效。”

这种将结构编码到音乐中的方式确实反映了更深层的现实。“当你在教科书上看到一个分子时，它是静态的，”Buehler说。“但这根本不是静态的。它在移动和振动。每一点物质都是一组振动。我们可以用这个概念来描述物质。”

这种方法还不允许任何类型的定向修饰-任何性质的改变，如机械强度、弹性或化学反应性，基本上都是随机的。“你仍然需要做实验，”他说。当一种新的蛋白质变体出现时，“没有办法预测它会做什么。”

该团队还创作了由氨基酸声音开发的音乐作品，定义了这种新的20音音阶。他们的艺术作品完全由氨基酸产生的声音组成。布勒说：“没有使用合成或自然的乐器，这表明这种新的声源可以作为一个创造性的平台。”在整个实施例中，使用了来自天然存在的蛋白质和由AI产生的蛋白质的音乐模式，并且所有声音，包括像低音或铃鼓的声音，也由氨基酸声音产生。

研究人员创建了一个免费的Android智能手机应用程序，名为氨基酸合成器，用于播放氨基酸的声音，并作为音乐作品记录蛋白质序列。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！