¿Desea crear un nuevo tipo de proteína que pueda tener propiedades útiles? No hay problema. Solo tararee unas pocas barras.
En un sorprendente matrimonio de ciencia y arte, los investigadores del MIT han desarrollado un sistema para convertir las estructuras moleculares de las proteínas, los componentes básicos de todos los seres vivos, en un sonido audible que se asemeja a pasajes musicales. Luego, invirtiendo el proceso,puede introducir algunas variaciones en la música y convertirla nuevamente en nuevas proteínas nunca antes vistas en la naturaleza.
Aunque no es tan simple como tararear una nueva proteína, el nuevo sistema se acerca. Proporciona una forma sistemática de traducir la secuencia de aminoácidos de una proteína en una secuencia musical, utilizando las propiedades físicas de las moléculas para determinarAunque los sonidos se transponen con el fin de ponerlos dentro del rango audible para los humanos, los tonos y sus relaciones se basan en las frecuencias vibratorias reales de cada molécula de aminoácidos, calculadas utilizando teorías de la química cuántica.
El sistema fue desarrollado por Markus Buehler, el Profesor de Ingeniería de McAfee y jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, junto con el postdoc Chi Hua Yu y otros dos. Como se describe en la revista ACS Nano , el sistema traduce los 20 tipos de aminoácidos, los bloques de construcción que se unen en cadenas para formar todas las proteínas, en una escala de 20 tonos. La secuencia larga de aminoácidos de cualquier proteína se convierte en una secuencia de notas.
Si bien tal escala suena desconocida para las personas acostumbradas a las tradiciones musicales occidentales, los oyentes pueden reconocer fácilmente las relaciones y diferencias después de familiarizarse con los sonidos. Buehler dice que después de escuchar las melodías resultantes, ahora puede distinguir ciertos aminoácidossecuencias que corresponden a proteínas con funciones estructurales específicas. "Esa es una hoja beta", podría decir, o "esa es una hélice alfa".
Aprendiendo el lenguaje de las proteínas
Todo el concepto, explica Buehler, es comprender mejor las proteínas y su amplia gama de variaciones. Las proteínas constituyen el material estructural de la piel, los huesos y los músculos, pero también son enzimas, señales químicas, interruptores moleculares, etc.y una gran cantidad de otros materiales funcionales que componen la maquinaria de todos los seres vivos. Pero sus estructuras, incluida la forma en que se pliegan en las formas que a menudo determinan sus funciones, son extremadamente complicadas ". Tienen su propio lenguaje, y nosotros no"No sé cómo funciona", dice. "No sabemos qué hace que una proteína de seda sea una proteína de seda o qué patrones reflejan las funciones que se encuentran en una enzima. No sabemos el código".
Al traducir ese idioma a una forma diferente con la que los humanos están particularmente bien sintonizados, y que permite que diferentes aspectos de la información se codifiquen en diferentes dimensiones: tono, volumen y duración, Buehler y su equipo esperan obtenernuevos conocimientos sobre las relaciones y diferencias entre las diferentes familias de proteínas y sus variaciones, y utilicen esto como una forma de explorar los muchos ajustes y modificaciones posibles de su estructura y función. Al igual que con la música, la estructura de las proteínas es jerárquica, con diferentes nivelesde estructura a diferentes escalas de longitud o tiempo.
Luego, el equipo utilizó un sistema de inteligencia artificial para estudiar el catálogo de melodías producidas por una amplia variedad de proteínas diferentes. Hicieron que el sistema AI introdujera ligeros cambios en la secuencia musical o creara secuencias completamente nuevas, y luego tradujo los sonidos nuevamente aproteínas que corresponden a las versiones modificadas o de nuevo diseño. Con este proceso pudieron crear variaciones de proteínas existentes, por ejemplo, una que se encuentra en la seda de araña, uno de los materiales más fuertes de la naturaleza, haciendo así nuevas proteínas a diferencia de las producidas por la evolución.
Aunque los propios investigadores pueden no conocer las reglas subyacentes, "la IA ha aprendido el lenguaje de cómo se diseñan las proteínas", y puede codificarla para crear variaciones de versiones existentes o diseños de proteínas completamente nuevos, dice Buehler.Hay "billones y billones" de combinaciones potenciales, dice, cuando se trata de crear nuevas proteínas "no podrías hacerlo desde cero, pero eso es lo que la IA puede hacer".
"Componiendo" nuevas proteínas
Al usar un sistema de este tipo, dice que entrenar el sistema de IA con un conjunto de datos para una clase particular de proteínas puede llevar algunos días, pero luego puede producir un diseño para una nueva variante en microsegundos ". No hay otro métodocerca ", dice." La deficiencia es que el modelo no nos dice lo que realmente está sucediendo dentro. Simplemente sabemos que funciona ".
Esta forma de codificar la estructura en la música refleja una realidad más profunda. "Cuando miras una molécula en un libro de texto, es estática", dice Buehler. "Pero no es estática en absoluto. Se mueve y vibra. Cada parte de la materiaes un conjunto de vibraciones. Y podemos usar este concepto como una forma de describir la materia "
El método aún no permite ningún tipo de modificaciones dirigidas: cualquier cambio en las propiedades, como la resistencia mecánica, la elasticidad o la reactividad química, será esencialmente aleatorio. "Todavía debe hacer el experimento", dice.se produce una nueva variante de proteína, "no hay forma de predecir lo que hará"
El equipo también creó composiciones musicales desarrolladas a partir de los sonidos de los aminoácidos, que definen esta nueva escala musical de 20 tonos. Las piezas de arte que construyeron consisten completamente en los sonidos generados a partir de los aminoácidos. "No se utilizan instrumentos sintéticos o naturales, que muestra cómo esta nueva fuente de sonidos se puede utilizar como una plataforma creativa ", dice Buehler. Los motivos musicales derivados de proteínas naturales y proteínas generadas por IA se utilizan en todos los ejemplos, y todos los sonidos, incluidos algunos que se parecen al bajo otambores, también se generan a partir de los sonidos de los aminoácidos.
Los investigadores han creado una aplicación gratuita para teléfonos inteligentes Android, llamada Amino Acid Synthesizer, para reproducir los sonidos de los aminoácidos y grabar secuencias de proteínas como composiciones musicales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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