Bir proteinin yapı taşlarını oluşturan 20 amino asit, farklı frekanslarda titreşen kimyasal bağlar içerir. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde malzeme bilimcisi ve mühendisi olan Markus Buehler, bu bilgilerin, proteinlerin karmaşık katlama kalıpları ile birlikte kodladı, böylece hacim, hız ve eşzamanlı melodiler gibi müzikal özellikler olarak temsil edilebilir hale getirdi.

Araştırmacılar daha sonra çalışmalarınfa önemli bir adım daha attılar. Ekip, bilinen proteinlerden üretilen müzikal aralıklar ile bir yapay sinir ağını besleyerek, yapay zeka sistemini bu ritimlerin yeni varyasyonlarını (henüz mevcut olmayan proteinlerin müzikal temsillerini) geliştirmek için eğitti.

Yeni üretilen ritimlerin bilinen proteinlerden ne kadar farklı olabileceğini belirleyerek, MIT'den Buehler ve meslektaşı Chia-Hua Yu ve Tayvan'daki Ulusal Cheng Kung Üniversitesi, yeni üretilen proteinlerin yapısının ne kadar benzer veya farklı olabileceği üzerinde çalışma yaptı. Araştırmacılar daha sonra kararlılıklarını belirlemek için yeni tasarlanmış proteinlerin atom-atom altı modellerini oluşturdular. Buehler ve Yu bu hafta APL Biyomühendislikte bulgularını anlattılar.

Proteinler, hücre zarlarından kemik, kıkırdak, deri ve kana kadar tüm canlıların bir parçasıdır. Yeni proteinler tasarlamak, yeni nesil hastalıklarla mücadele ilaçlarına, geliştirilmiş enzimlere ve diğer birçok yüksek performanslı biyomalzemeye yol açabilir.

Proteinlerin fonksiyonu ve stabilitesi sadece belirli amino asit dizisine değil, amino asitlerin bükülmüş veya kıvrımlı üç boyutlu bir yapıya nasıl monte edildiğine de bağlıdır. Buehler, bu ince ayrıntıları sıradan algoritmalar veya görselleştirme programları kullanarak değerlendirmenin zor olabileceğini belirtti. Bir mikroskop için, bir proteindeki tüm alt yapıyı görmek birden fazla, eşzamanlı büyütme gerektireceğini belirtiyor. Bunun aksine, “kulağımız o maddenin“ tek hiyerarşik özelliklerini toparlayabilir ” dedi. “Beynimizin proteinde depolanan bilgilere erişmesi için zarif bir yol.”

Bilim adamları, sonifikasyonu, bilgiyi sese dönüştürme sürecini, kanseri araştırmaktan uzay havasını analiz etmeye kadar diğer birçok araştırma alanındaki verileri daha iyi kavramsallaştırmak için kullandılar. “Ses analizinin aslında maddi dünyayı - bilimi - daha iyi anlamamıza yardımcı olabileceğine inanıyoruz” diyor Buehler.
Protein yapısını ses baytlarına çevirmek keyfi değildir, müzik bestelemenin yanı sıra piyano, gitar ve davul çalan Buehler de buna dikkat çekiyor. Örneğin, yakın bir şekilde paketlenmiş bir tirbuşon şekline (bir alfa sarmalı olarak adlandırılır) sahip bir proteinin kısımları, hızlı bir arka arkaya notlar ile tasvir edilirken, daha az yoğun bir pileli yaprak yapısı (beta sayfası olarak adlandırılır) oluşturan proteinler daha yavaş oynatılır. Bir proteindeki karakteristik üç boyutlu kıvrımlarını yansıtan örtüşen bölgeler, kontrpuan veya melodiye karşı melodi ile temsil edilir.

Bir protein, karmaşık kıvrımları ve birçok temas noktası ile protein mühendislerine yardımcı olabilecek ilginç müzikal konseptler üretir . İngiltere'deki Nottingham Trent Üniversitesi'nde biyomoleküler malzeme araştırma grubuna başkanlık eden bir kimyager ve adli bilim adamı olan Carole Perry, “Protein yapısı ve müzik notaları arasındaki ilişki çok açık ve bir dizi biyoteknolojik uygulama için yeni protein tanımlama potansiyeli var” diyor. “Yeni fikirlere yol açan sanat ve bilim arasındaki etkileşimi görmek her zaman heyecan vericidir” diye ekliyor.
Buehler, ses ve sinir ağı kullanarak yeni proteinler tasarlamak için bir insanın biyolojik senfoniyi yorumlaması gerekmediğini kabul ediyor. “Eğer sonifikasyonu] daha sanatsal bir şekilde kullanmak istiyorsak, elbette dinlemek ve keşfetmek istiyoruz" diyor.

Buehler, “Tıpkı bir resimdeki gibi, yeni protein sesleri de icat edilebilecek yeni bir renk paletine benziyor - hiç kimsenin görmediği renkler - ama şimdi sanat yaratmak için kullanılabiliyor” diyor. Bu sesler, COVID-19'a neden olan virüs üzerindeki rezil protein başaklarını ve üç proteinden sonifiye amino asitlerden oluşan gerçek bir senfoniyi içerir.

Takip çalışmalarında, Buehler ve meslektaşları ya bu moleküllerin ne kadar yararlı olduğunu belirlemek için tasarladıkları proteinlerin yapısını, ya bilinen proteinlerle karşılaştırarak ya da laboratuarda test ederek ilerlemeyi planlıyorlar. Sonifikasyon yöntemi, katlanmış proteinlerin bükülme açıları gibi bilgiler eklenerek de geliştirilebilir. Böylece moleküler elektronika devam eder.