por Peng Zhang y Yuzong Chen
Con el programa informático adecuado, las proteínas se convierten en música agradable.
Existen muchas analogías sorprendentes entre las proteínas , los componentes básicos de la vida y la notación musical. Estas analogías pueden usarse no solo para ayudar a avanzar en la investigación, sino también para hacer que la complejidad de las proteínas sea accesible al público.
Somos biólogos computacionales que creemos que escuchar el sonido de la vida a nivel molecular podría ayudar a inspirar a las personas a aprender más sobre biología y ciencias computacionales. Si bien la creación de música basada en proteínas no es nueva , aún no se han explorado diferentes estilos musicales y algoritmos de composición. Entonces, dirigimos un equipo de estudiantes de secundaria y otros académicos para descubrir cómo crear música clásica a partir de proteínas .
Las analogías musicales de las proteínas
Las proteínas están estructuradas como cadenas plegadas. Estas cadenas están compuestas por pequeñas unidades de 20 aminoácidos posibles, cada una etiquetada con una letra del alfabeto.
Una cadena de proteínas se puede representar como una cadena de estas letras alfabéticas, muy parecido a una cadena de notas musicales en notación alfabética.
Las cadenas de proteínas también se pueden plegar en patrones ondulados y curvos con altibajos, giros y vueltas. Asimismo, la música consta de ondas sonoras de tonos más altos y más bajos, con tempos cambiantes y motivos repetidos.
Los algoritmos de proteína a música pueden así mapear las características estructurales y fisicoquímicas de una cadena de aminoácidos con las características musicales de una cadena de notas.
Aspects of potein structure can be analogous to musical notation. LadyofHats/Wikimedia Commons
Mejora de la musicalidad del mapeo de proteínas
El mapeo de proteína a música se puede ajustar basándose en las características de un estilo musical específico. Esto mejora la musicalidad, o la melodía de la canción, al convertir las propiedades de los aminoácidos, como patrones de secuencia y variaciones, en propiedades musicales análogas, como el tono, la longitud de las notas y los acordes.
Para nuestro estudio, seleccionamos específicamente la música de piano clásica del período romántico del siglo XIX , que incluye a compositores como Chopin y Schubert, como guía porque generalmente abarca una amplia gama de notas con características más complejas como el cromatismo , como tocar tanto en blanco como en negro. teclas de un piano en orden de tono y acordes. La música de este período también tiende a tener melodías más ligeras, gráciles y emotivas. Las canciones suelen ser homofónicas , lo que significa que siguen una melodía central con acompañamiento. Estas características nos permitieron probar una mayor variedad de notas en nuestro algoritmo de mapeo de proteína a música. En este caso, optamos por analizar las características de “Fantaisie-Impromptu” de Chopin para guiar nuestro desarrollo del programa.
Para probar el algoritmo, lo aplicamos a 18 proteínas que desempeñan un papel clave en diversas funciones biológicas. Cada aminoácido de la proteína se asigna a una nota particular en función de la frecuencia con la que aparecen en la proteína, y otros aspectos de su bioquímica se corresponden con otros aspectos de la música. Un aminoácido de mayor tamaño, por ejemplo, tendría una longitud de nota más corta y viceversa.
La música resultante es compleja, con notables variaciones de tono, volumen y ritmo. Debido a que el algoritmo se basó completamente en la secuencia de aminoácidos y no hay dos proteínas que compartan la misma secuencia de aminoácidos, cada proteína producirá una canción distinta. Esto también significa que hay variaciones en la musicalidad entre las diferentes piezas y pueden surgir patrones interesantes.
Por ejemplo, la música generada a partir de la proteína receptora que se une a la hormona y el neurotransmisor oxitocina tiene algunos motivos recurrentes debido a la repetición de ciertas pequeñas secuencias de aminoácidos.00:0003:35CC BY-NC-NDEscuchaMúsica de proteína OXTRDescargarMP3 / 3 MB
Escuchar la música de la proteína OXTR
Por otro lado, la música generada a partir del antígeno tumoral p53 , una proteína que previene la formación del cáncer, es altamente cromática, produciendo frases particularmente fascinantes donde la música suena casi como una toccata , un estilo que a menudo presenta una técnica rápida y virtuosa.00:0002:19CC BY-NC-NDEscuchaMúsica de proteína TP53DescargarMP3 / 2 MB
Escuchar la música de la proteína TP53
Al guiar el análisis de las propiedades de los aminoácidos a través de estilos musicales específicos, la música de proteínas puede sonar mucho más agradable al oído. Esto se puede desarrollar y aplicar a una variedad más amplia de estilos musicales, incluidos el pop y el jazz.
La música de proteínas es un ejemplo de cómo la combinación de las ciencias biológicas y computacionales puede producir hermosas obras de arte. Nuestra esperanza es que este trabajo anime a los investigadores a componer música de proteínas de diferentes estilos e inspire al público a aprender sobre los componentes básicos de la vida.
