2020年を国際音の年として記念して、XNUMX週間を科学の音で締めくくるのもいいかもしれないと思いました。 ISCは マーカス・J・ビューラー タンパク質をSARS-CoV-2ウイルスから音楽に変換した人。
SARS-CoV-2ウイルスの音を作成するプロセスは何ですか?
タンパク質は、ウイルスを含む生命の基本的な構成要素です。 それらは20個のアミノ酸から作られ、それぞれがDNA配列によってコードされています。 つまり、タンパク質はDNA言語の具体化です。 そしてタンパク質は、私たちがまだ話す方法を知らない自然言語を反映しています。
しかし、タンパク質を構成する分子の振動数を計算することで、この言葉を聞くことができます。 それぞれが、温度によって、固有のスペクトルで、明確に定義された音として振動します（2019 ACS Nanoペーパーを参照）。 これらの基本的な音を使用して、新しいタイプの音階であるアミノ酸スケールを形成し、音のシーケンスを定義できます。 リズムは局所的な構造を表現するために使用され、折り畳みのような高次の要素は、重なり合うメロディー、ストラムコードなど、楽曲のより複雑な階層的特徴で表現されます。 音楽は、タンパク質構造のさまざまな振動パターンを音声信号に変換したものと見なすことができ、さらに分析するために聞くことができます。
実際、COVID-19ウイルススポークタンパク質には、興味深いパターンに折りたたまれたXNUMXつのタンパク質鎖が含まれています。 これらの構造は小さすぎて目で見ることはできませんが、聞くことはできます。 絡み合った鎖を持つ物理的なタンパク質構造を、多層組成を形成する織り交ぜられたメロディーとして表現しました。 したがって、結果として得られる曲は対位法音楽の形式であり、音符が音符に対して演奏されます。 交響曲のように、音楽のパターンは、そのDNAコードを具体化することによって実現されるタンパク質の交差する幾何学を反映しています。
あなたが作成したスコアは、科学者がワクチン開発の解決策を見つける方法に影響を与えますか？
長期的にはそうです。 タンパク質を音に変換することで、科学者はタンパク質を理解して設計するための別のツールを手に入れることができます。 小さな突然変異でさえ、SARS-CoV-2の病原性を制限または強化することができます。 ソニフィケーションを通じて、スパイクタンパク質の生化学的プロセスをSARSやSARSなどの以前のコロナウイルスと比較することもできます。 MERS.
私たちが作成した音楽では、宿主に感染するスパイクタンパク質の振動構造を分析しました。 これらの振動パターンを理解することは、ドラッグデザインなどにとって重要です。 たとえば、気温が上がると振動が変化する可能性があります。また、SARS-CoV-2スパイクが他のウイルスよりもヒトの細胞に引き寄せられる理由もわかります。 私たちは、大学院生との現在進行中の研究でこれらの質問を調査しています。 また、ウイルスを攻撃するための薬剤を設計するために、組成的アプローチを使用する場合もあります。 スパイクタンパク質に結合し、感染能力を妨げる抗体のメロディーとリズムに一致する新しいタンパク質を探すことができました。
それは国際的な音の年です。 人類が直面している世界的な課題の解決策を見つけることについて、音は私たちに何を教えてくれますか？
私たちの頭脳は音の処理に優れています！ XNUMX回のスイープで、耳はその階層的な機能（ピッチ、音色、音量、メロディー、リズム、コード）をすべて拾います。 同等の詳細を画像で確認するには、高性能の顕微鏡が必要ですが、一度にすべてを確認することはできませんでした。 音は、タンパク質に保存された情報にアクセスするためのとてもエレガントな方法です。
通常、音はギターの弦のような素材を振動させることで作られ、音楽は音を階層的なパターンに配置して作られます。 AIを使用すると、これらの概念を組み合わせ、分子振動とニューラルネットワークを使用して新しい音楽フォームを構築できます。 私たちは、タンパク質構造を可聴表現に変換し、これらの表現を新しい材料に変換する方法に取り組んできました。
私たちは、音と音楽の基礎を形成するために、従来とは異なる方法で素材を活用するアプローチを「素材音楽」–振動する弦を超えてほとんどの音楽世代の境界を押し広げます。 そして、合成方法の完全に合成された音を超えて。 むしろ、音楽作品のキャンバスを形成するための基礎として量子化学と実際の物理的原理を使用すること。
新しい材料の設計は、持続可能な技術を開発する上で不可欠な課題です。より軽く、より頑丈で、より弾力性のある材料を考えてください。 またはセンサーとして機能するスマートマテリアル。 また、美、生、死の対立する極への認識を高め、ウイルスの感染と拡散のパターンの本質の中心にある欺瞞の概念を理解することもできます。 そして、世界中の多くの人々にタンパク質について教えることができれば幸いです。タンパク質はすべての生命の物質的基盤であり、理解する価値があります。
音楽は、構造をアルゴリズムで反映したものと考えることもできます。 たとえば、バッハのゴルトベルク変奏曲は、タンパク質にも見られる原理である対位法の見事な実現です。 自然が構成したこの概念を聞いて、想像上のアイデアと比較したり、AIを使用してタンパク質設計の言語を話し、新しい構造を想像させたりすることができます。 音と音楽の分析は、物質界をよりよく理解するのに役立つと信じています。 結局のところ、芸術的表現は私たちの内外の世界のモデルにすぎません。
したがって、人間の健康から生物学、そして壮大な課題への取り組みに至るまで、学ぶべきことがたくさんあります。
2020は 国際音年、社会のすべての人にとって健全で関連する科学技術の重要性を強調するための世界的なイニシアチブ。 国際音年は、地域、国内、国際レベルでの調整された活動で構成されます。 これらの活動は、私たちの社会のあらゆる面で音が果たす重要な役割について、世界中で理解を深めることを目的としています。 同様に、これらの活動はまた、自然、構築された環境、および職場における騒音の制御の必要性の理解を促進します。
ISCは、国際応用物理学連合とともに、 IUPAP および国際理論応用数学連合、 アイタム International Year ofSoundをサポートできることを誇りに思います。
による写真 ジェームズオーウェン on Unsplash
