科學(xué)家把冠狀病毒蛋白質(zhì)音樂化

對于阻止病毒傳播的辦法，麻省理工學(xué)院利用聲音化技術(shù)，來闡明結(jié)構(gòu)細節(jié)，否則這些細節(jié)可能難以捉摸。

現(xiàn)在，他的實驗室已經(jīng)應(yīng)用這種方法來模擬導(dǎo)致新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)高傳染率的突刺蛋白的振動特性。

他們的研究成果可能有一天能幫助科學(xué)家找出能阻止病毒傳播的最好方法，從而開發(fā)出潛在的治療方法，并希望預(yù)防未來的致命爆發(fā)。

Buehler認為，音樂創(chuàng)作的層次元素(如音高、音域、力度和節(jié)奏等)類似于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次元素。

就像音樂的音符和和弦數(shù)量有限，并使用不同的組合來創(chuàng)作音樂一樣，蛋白質(zhì)也有數(shù)量有限的構(gòu)建塊(20種氨基酸)，這些構(gòu)建塊以多種方式組合在一起，創(chuàng)造出具有獨特特性的新型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。每個氨基酸都有一種特殊的聲音特征，類似于指紋。

“任何音樂流派都有模式，”Buehler去年在采訪中說道，“你會看到聲音、音調(diào)的普遍性，但你也會看到重復(fù)的模式，如古典音樂中的主題和樂章。這些類型的模式也存在于蛋白質(zhì)中?！?

幾年前，Buehler帶領(lǐng)MIT的科學(xué)家團隊將蜘蛛絲線中的蛋白質(zhì)分子機構(gòu)映射到音樂理論中，以得到蛛絲的“聲音”，希望建立一種全新的方法來創(chuàng)造設(shè)計蛋白。

他們隨后開發(fā)了一個更先進的系統(tǒng)，用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)制作音樂，再將其轉(zhuǎn)換回來，從而創(chuàng)造出自然界從未見過的新型蛋白質(zhì)。

團隊還為Android智能手機開發(fā)了一款免費的應(yīng)用，稱為氨基酸合成器(Amino Acid Synthesizer)，因此用戶可以使用氨基酸的聲音，創(chuàng)造自己的蛋白質(zhì)“成分”。

“我們的大腦善于處理聲音，”Buehler解釋道，“在一次掃描中，我們的耳朵會識別出聲音的所有層次特征：音高、音色、音量、旋律、節(jié)奏和和弦。我們需要使用一個高倍顯微鏡才能看到圖像中的細節(jié)，但我們無法看到所有細節(jié)。聲音是獲取存在蛋白質(zhì)中信息的一種非常優(yōu)雅的方式?！?

新型冠狀病毒也并不例外。正如Buehler介紹的：“其突刺蛋白包含三條蛋白質(zhì)鏈折疊成的一個有趣的模式。這些結(jié)構(gòu)太小，無法用肉眼看到，但可以用耳朵聽到。我們將蛋白質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)及其纏繞的鏈表示為交織的旋律，形成多層次的組合。突刺蛋白的氨基酸序列、二級結(jié)構(gòu)模式及其復(fù)雜的三維折疊都具有一定的特點。由此產(chǎn)生的作品是一個對位音樂的形式，在這種音樂中，兩個或幾個有關(guān)但是獨立的旋律組成一個和聲。就像一首交響樂，音樂模式反映了蛋白質(zhì)通過具體化其DNA代碼實現(xiàn)的交叉幾何結(jié)構(gòu)?！?

Buehler認為，更好地了解這些振動模式對于將來設(shè)計有效的藥物治療至關(guān)重要，或許可以尋找具有相似旋律和節(jié)奏的蛋白質(zhì)，從而使其成為有效的抗體，進而限制病毒感染宿主的能力。

而在更美學(xué)的層面上，“這種音樂藝術(shù)教會了我們，作為對立的兩極，生與死之美之間存在的微妙的界限。”

“病毒具有欺騙和利用宿主進行自身繁殖的不可思議的能力。其基因組劫持了宿主細胞的蛋白質(zhì)制造機制，并迫使其復(fù)制病毒基因組并產(chǎn)生病毒蛋白來制造新的病毒。當你聽到的時候，你可能驚訝于音樂令人愉悅、甚至是令人放松的音調(diào)。因為它欺騙我們的耳朵，就像病毒欺騙我們的細胞一樣。通過音樂，我們可以從新的角度看到SARS-CoV-2的突刺蛋白，并認識到我們迫切需要學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的語言?！?