El sonido de la ciencia: el virus SARS-CoV-2 como pieza de música clásica

Markus J. Buehler es profesor de ingeniería de McAfee en el MIT y compositor de música experimental, clásica y electrónica, interesado en la sonificación. Ha convertido la proteína del coronavirus SARS-CoV-2 en música.

El sonido de la ciencia: el virus SARS-CoV-2 como pieza de música clásica

Para conmemorar 2020 como el Año Internacional del Sonido, pensamos que sería bueno terminar la semana con los sonidos de la ciencia. El ISC habló con Markus J. Buehler que ha convertido las proteínas del virus SARS-CoV-2 en música.

¿Cuál es el proceso de creación de un sonido para el virus SARS-CoV-2??

Las proteínas son el componente básico de la vida, incluidos los virus. Están hechos de 20 aminoácidos, cada uno codificado por secuencias de ADN. Entonces, las proteínas son una materialización del lenguaje del ADN. Y las proteínas reflejan un lenguaje natural que aún no sabemos hablar.

Sin embargo, podemos escuchar este lenguaje calculando las frecuencias vibratorias de las moléculas que componen las proteínas. Cada uno vibra, debido a la temperatura, en un espectro único y como un sonido bien definido (consulte nuestro documento ACS Nano de 2019). Podemos utilizar estos tonos básicos, formando un tipo novedoso de escala musical, la escala de aminoácidos, para definir secuencias en el sonido. Los ritmos se utilizan para expresar estructuras locales, y los elementos de orden superior como el plegado se expresan en características jerárquicas más complejas de la composición musical, como melodías superpuestas, acordes rasgueados y otros. La música puede verse como una traducción de los diversos patrones vibratorios de la estructura de la proteína en una señal de audio que puede escuchar y explotar para un análisis más detallado.

De hecho, la proteína de radio del virus COVID-19 contiene tres cadenas de proteínas plegadas en un patrón intrigante. Estas estructuras son demasiado pequeñas para que el ojo las vea, ¡pero se pueden escuchar! Representamos la estructura física de la proteína, con sus cadenas entrelazadas, como melodías entrelazadas que forman una composición de múltiples capas. Por lo tanto, la pieza resultante es una forma de música de contrapunto, en la que las notas se tocan contra las notas. Como una sinfonía, los patrones musicales reflejan la geometría de intersección de la proteína realizada al materializar su código de ADN.

¿La puntuación que ha producido tiene un impacto en la forma en que los científicos pueden encontrar una solución para desarrollar una vacuna?

A largo plazo, sí. Traducir proteínas a sonido les da a los científicos otra herramienta para comprender y diseñar proteínas. Incluso una pequeña mutación puede limitar o mejorar el poder patógeno del SARS-CoV-2. A través de la sonificación, también podemos comparar los procesos bioquímicos de su proteína de pico con coronavirus anteriores, como el SARS o MERS. 

En la música que creamos, analizamos la estructura vibratoria de la proteína de pico que infecta al anfitrión. Comprender estos patrones vibratorios es fundamental para el diseño de fármacos y mucho más. Las vibraciones pueden cambiar a medida que se calientan las temperaturas, por ejemplo, y también pueden decirnos por qué el pico de SARS-CoV-2 gravita hacia las células humanas más que otros virus. Estamos explorando estas preguntas en investigaciones actuales y en curso con mis estudiantes de posgrado. También podríamos usar un enfoque de composición para diseñar medicamentos para atacar el virus. Podríamos buscar una nueva proteína que coincida con la melodía y el ritmo de un anticuerpo capaz de unirse a la proteína espiga, interfiriendo con su capacidad de infectar.

Es el Año Internacional del Sonido. ¿Qué nos puede enseñar el sonido sobre cómo encontrar soluciones a los desafíos globales que enfrenta la humanidad?

¡Nuestros cerebros son excelentes para procesar sonido! En un barrido, nuestros oídos captan todas sus características jerárquicas: tono, timbre, volumen, melodía, ritmo y acordes. Necesitaríamos un microscopio de alta potencia para ver el detalle equivalente en una imagen, y nunca podríamos verlo todo de una vez. El sonido es una forma tan elegante de acceder a la información almacenada en una proteína. 

Por lo general, el sonido se hace vibrando un material, como una cuerda de guitarra, y la música se hace al organizar los sonidos en patrones jerárquicos. Con AI podemos combinar estos conceptos y usar vibraciones moleculares y redes neuronales para construir nuevas formas musicales. Hemos estado trabajando en métodos para convertir las estructuras de proteínas en representaciones audibles y traducir estas representaciones en nuevos materiales. 

Llamamos al enfoque de explotar materiales de formas no convencionales para formar la base del sonido y la música ”.materiomusica”- empujando los límites de la mayoría de las generaciones musicales más allá de las cuerdas vibrantes. Y más allá de los sonidos completamente sintéticos de los métodos de síntesis. Más bien, utilizar la química cuántica y los principios físicos reales como base para formar el lienzo de la composición musical.

El diseño de nuevos materiales es un desafío esencial en el desarrollo de tecnologías sostenibles: piense en materiales más ligeros, más robustos y más resistentes. O materiales inteligentes que actúan como sensores. También podemos crear conciencia sobre los polos opuestos de la belleza, la vida y la muerte, y comprender el concepto de engaño, ya que es el núcleo de la naturaleza del patrón de infección y propagación del virus. Y, con suerte, podemos enseñar a muchas personas de todo el mundo sobre las proteínas: ¡son la base material de toda la vida y vale la pena comprenderlas!

También puede pensar en la música como un reflejo algorítmico de la estructura. Las Variaciones Goldberg de Bach, por ejemplo, son una brillante realización del contrapunto, un principio que también hemos encontrado en las proteínas. Ahora podemos escuchar este concepto tal como lo compuso la naturaleza y compararlo con las ideas de nuestra imaginación, o usar la IA para hablar el lenguaje del diseño de proteínas y dejar que imagine nuevas estructuras. Creemos que el análisis del sonido y la música puede ayudarnos a comprender mejor el mundo material. La expresión artística es, después de todo, solo un modelo del mundo dentro y alrededor de nosotros. 

Por lo tanto, hay mucho que aprender, desde la salud humana hasta la biología y abordar los grandes desafíos.

2020 es la Año Internacional del Sonido, una iniciativa global para resaltar la importancia de las ciencias y tecnologías sólidas y afines para todos en la sociedad. El Año Internacional del Sonido consistirá en actividades coordinadas a nivel regional, nacional e internacional. Estas actividades tendrán como objetivo estimular la comprensión en todo el mundo del importante papel que juega el sonido en todos los aspectos de nuestra sociedad. Además, estas actividades también fomentarán la comprensión de la necesidad de controlar el ruido en la naturaleza, en el entorno construido y en el lugar de trabajo.

El ISC, junto con la Unión Internacional de Física Aplicada, IUPAP y la Unión Internacional de Matemáticas Teóricas y Aplicadas, IUTAM estamos orgullosos de apoyar el Año Internacional del Sonido.

Foto por james owen on Unsplash

VER TODOS LOS ARTÍCULOS RELACIONADOS

  • Cláusula de exención de responsabilidades: Las traducciones son generadas automáticamente por Google Translate y pueden contener errores. El ISC no es responsable de ningún daño o problema que pueda surgir de estas traducciones. Puede proporcionar sus comentarios enviándonos un correo electrónico a webmaster@consejo.ciencia
    Nota: Tenga en cuenta que la 'Cumbre de la Ciencia en la Asamblea General de la ONU' en septiembre de 2023 no es un evento del Consejo Internacional de la Ciencia. El Consejo Internacional de Ciencias no tiene ninguna asociación con este evento ni con el organizador del evento.
    • Ir al contenido