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艺术与科学结合!这些科学家异想天开,把蛋白质编成了“摇滚乐”

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组成乐橙游戏蛋白质的20个氨基酸包含了以不同频率振荡的化学键。近来,有科学家想入非非,竟将这些蛋白质编码成了“摇滚乐”。

Markus Buehler是麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的资料科学家和工程师,他将这些信息与蛋白质杂乱的折叠形式一同编码,以便将其表明为音量、速度和一起呈现的旋律(在音乐理论中称为对位)等音乐特点。

研讨人员随后将他们的作业向前推进了一大步。

经过将已知蛋白质发生的音乐片段输入神经网络,研讨小组训练了人工智能体系,开宣布这些节奏的新变体——即没有存在的蛋白质的音乐表现形式。

Buehler和他的搭档——麻省理工学院和我国的台湾成功大学的Chia-Hua Yu——经过测定新生成的蛋白质与已知蛋白质之间的差异,来操控新生成蛋白质的结构可能有多类似或多不同。

然后,研讨人员建立了新规划的蛋白质的原子模型,以确认它们的稳定性。

Buehler和Yu本周在《APL Bioengineering》上描绘了他们的发现。

蛋白质是一切生物的组成部分,从细胞膜到骨骼、软骨、皮肤和血液。规划新的蛋白质能够发生新一代的抗病药物、改善的酶和许多其他高性能的生物资料。

蛋白质的功用和稳定性不只取决于其特定的氨基酸序列,还取决于其空间结构,即氨基酸是怎么组装成一个歪曲或褶皱的三维结构。

Buehler以为,运用一般的算法或可视化程序来评价这些细节是很有挑战性的。

他指出,显微镜需求屡次一起扩大才干看到蛋白质的一切子结构。他说,相比之下,“咱们的耳朵能够一会儿记住一切的层次特征”。

“这是大脑获取储存在蛋白质中的信息的一种高雅办法。”

从勘探癌症到剖析太空气候,科学家们已经在许多其他研讨范畴运用了声化技能,即把信息转换成声响的进程,来更好地概念化数据。

“咱们信任声响剖析实际上能够协助咱们更好地了解物质国际科学,”Buehler说。

Buehler指出,将蛋白质结构转换成声响字节绝非随意之事。除作曲外,Buehler还会弹钢琴、弹吉他和打鼓。

例如,一种严密摆放的螺旋状蛋白质(称为阿尔法螺旋)的部分是经过快速接连的音符来描绘的,而构成较低密度的折叠结构的蛋白质(称为贝塔折叠)的演奏速度较慢。

蛋白质的堆叠区域反映了其特有的三维折叠,用对位或堆叠的旋律来表明。

一个蛋白质,因其杂乱的折叠和许多接触点,能够发生风趣的音乐概念,能够协助到蛋白质工程师。

“蛋白质结构和曲谱之间的联系十分清楚,有可能在一系列生物技能运用中辨认出新的蛋白质,”英国诺丁汉特伦特大学(Nottingham Trent University)一个生物分子资料研讨小组的负责人、化学家和法医学家Carole Perry评论道。

她弥补说:“看到艺术和科学之间的相互作用发生新思想总是令人兴奋的。”

Buehler供认,要运用声响和神经网络来规划新的蛋白质,并不需求人类职工来解说生物交响乐。

他说:“假如咱们想要以一种更艺术的办法运用(声化),那么,当然,咱们想要倾听和探究。”

“就像在一幅画中,新的蛋白质声响就像一个新的调色板,能够被发明出来——没有人见过的色彩——但现在能够用来发明艺术,” Buehler说。

这些声响包含新冠病毒SARS-CoV-2的外表蛋白和一种由三种蛋白质的声响化氨基酸组成的交响乐。

在后续的作业中,Buehler和他的搭档们方案查看他们规划的蛋白质的结构,以确认这些分子的有用程度——经过将它们与已知的蛋白质进行比较或许在实验室中进行测验。

他们还能够经过添加折叠蛋白的曲折视点等信息来改善声化办法。这种“分子电子乐”将继续进行。

原文来历:

https://www.scientificamerican.com/article/amino-acid-rock-music-helps-build-new-proteins1/

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