Изкуствен интелект създаде „протеинова симфония“

Изследователи са открили, че протеините – градивните елементи за човешкото тяло, намиращи се във всичко – от косата до мускулите и сухожилията – правят своя собствена музика.

Необичайното откритие беше публикувано в списанието APL Bioengineering, от изследователски екип, инженерите Маркус Бюлер от MIT в САЩ и Чи Хуа Ю от Националния университет на Чен Кунг в Тайван.

Природата прави чудодейни протеини в изобилие – от коприна до човешки клетки, но учените нямат начин автоматично да дешифрират дизайна им и да използват информацията за производството на нови протеини.

Решени да запълнят празнината, Бюлер и Ю намират решение, базирано на това, че всяка от двадесетте аминокиселини, които правят протеин, има своя собствена вибрационна честота.

След това двамата обявяват и друго откритие – протеините и музиката споделят подобна йерархична структура.

Основната структура на протеините е разнообразното подреждане на аминокиселините като левцин, аланин и цистеин във верига. Докато се изкачвате по стълбата на сложността, има панорама от обрати и гънки, включително спирални разположения и плисирани структури, наречени бета листове, които са неразделна част от функцията на протеина, независимо дали това е силата на сухожилието или каталитичните свойства на ензима.

Йерархията при музиката е изненадващо подобна. В основата има височина, например нотите в Си мажор. Но за да могат композиторите да работят с магията си, дължината на нотите трябва да бъде променяна, пускат се по няколко едновременно, за да се образуват акорди, и след това се добавят стотици други вариации, докато се получи симфония.

Бюлер и Ю се възползват от това подобие, като присвояват всяка белтъчна черта на музикален аналог. Например, на определен ред аминокиселини може да бъде дадена нотата „Си“, или определен начин, по който веригата е сгъната, може да показва нейната продължителност.

Полученият резултат е музикален превод за всеки протеин, записан като реална музика, като истинска музикална партитура, която може да се изсвири.

Има обаче и още. Бюлер и Ю започват да обучават алгоритъм на набор от данни, който включва множество протеини и техните свързани музикални партитури. След като обучението завърши, те подтикват изкуствения интелект с фрагменти от музика, за да получат продукция на чисто нови музикални композиции.

Резултатът бил никога досега не звучала музика. Което може да означава и намирането на неоткрити протеини. На тази база биха могли да формират част от бъдещия целеви протеинов дизайн, да произвеждат нови ензими, например.

Повишаването на температурата по време на дизайна на протеини повишава обема на музикалните творения и техните протеини партньори. Намаляването на температурата забавя производствения процес.

Не е ясно дали или кога тази между-дисциплинарна хармония ще донесе реална полза, но Бюлер вярва в перспективата.
„Това откритие проправя пътя за създаването на изцяло нови биоматериали“, казва Бюлер.