p Quer criar um novo tipo de proteína que pode ter propriedades úteis? Sem problemas. Apenas cantarole alguns compassos. p Em um casamento surpreendente de ciência e arte, pesquisadores do MIT desenvolveram um sistema para converter as estruturas moleculares de proteínas, os blocos básicos de construção de todos os seres vivos, em um som audível que se assemelha a passagens musicais. Então, revertendo o processo, eles podem introduzir algumas variações na música e convertê-la de volta em novas proteínas nunca antes vistas na natureza.

p Embora não seja tão simples quanto cantarolar uma nova proteína à existência, o novo sistema chega perto. Ele fornece uma maneira sistemática de traduzir a sequência de aminoácidos de uma proteína em uma sequência musical, usando as propriedades físicas das moléculas para determinar os sons. Embora os sons sejam transpostos para colocá-los dentro da faixa audível para os humanos, os tons e suas relações são baseados nas frequências vibracionais reais de cada molécula de aminoácido em si, calculado usando teorias da química quântica.

p O sistema foi desenvolvido por Markus Buehler, o professor de engenharia da McAfee e chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT, junto com o pós-doutorado Chi Hua Yu e dois outros. Conforme descrito no jornal ACS Nano , o sistema traduz os 20 tipos de aminoácidos, os blocos de construção que se unem em cadeias para formar todas as proteínas, em uma escala de 20 tons. A longa sequência de aminoácidos de qualquer proteína torna-se uma sequência de notas.

p Embora essa escala pareça desconhecida para as pessoas acostumadas com as tradições musicais ocidentais, os ouvintes podem reconhecer prontamente as relações e diferenças depois de se familiarizarem com os sons. Buehler diz que depois de ouvir as melodias resultantes, ele agora é capaz de distinguir certas sequências de aminoácidos que correspondem a proteínas com funções estruturais específicas. "Essa é uma folha beta, "ele pode dizer, ou "essa é uma hélice alfa".

p Aprendendo a linguagem das proteínas

p Todo o conceito, Buehler explica, é entender melhor as proteínas e sua vasta gama de variações. As proteínas constituem o material estrutural da pele, osso, e músculo, mas também são enzimas, produtos químicos de sinalização, interruptores moleculares, e uma série de outros materiais funcionais que constituem a maquinaria de todas as coisas vivas. Mas suas estruturas, incluindo a maneira como eles se dobram em formas que muitas vezes determinam suas funções, são extremamente complicados. "Eles têm sua própria linguagem, e não sabemos como funciona, "ele diz." Não sabemos o que torna uma proteína da seda uma proteína da seda ou quais padrões refletem as funções encontradas em uma enzima. Não sabemos o código. "

p Ao traduzir essa linguagem para uma forma diferente à qual os humanos estão particularmente bem sintonizados, e isso permite que diferentes aspectos da informação sejam codificados em diferentes dimensões - densidade, volume, e duração - Buehler e sua equipe esperam colher novos insights sobre as relações e diferenças entre as diferentes famílias de proteínas e suas variações, e usar isso como uma forma de explorar os muitos ajustes e modificações possíveis de sua estrutura e função. Tal como acontece com a música, a estrutura das proteínas é hierárquica, com diferentes níveis de estrutura em diferentes escalas de comprimento ou tempo.

p A equipe então usou um sistema de inteligência artificial para estudar o catálogo de melodias produzidas por uma ampla variedade de proteínas diferentes. Eles fizeram com que o sistema de IA introduzisse pequenas mudanças na sequência musical ou criassem sequências completamente novas, e então traduziu os sons de volta em proteínas que correspondem às versões modificadas ou recém-projetadas. Com esse processo, eles foram capazes de criar variações de proteínas existentes - por exemplo, uma encontrada na seda de aranha, um dos materiais mais fortes da natureza - produzindo assim novas proteínas, diferentes das produzidas pela evolução.

p Embora os próprios pesquisadores possam não conhecer as regras subjacentes, "a IA aprendeu a linguagem de como as proteínas são projetadas, "e pode codificá-lo para criar variações de versões existentes, ou designs de proteínas completamente novos, Buehler diz. Dado que existem "trilhões e trilhões" de combinações potenciais, ele diz, quando se trata de criar novas proteínas "você não seria capaz de fazer do zero, mas é isso que a IA pode fazer. "

p "Compondo" novas proteínas

p Ao usar tal sistema, ele diz que treinar o sistema de IA com um conjunto de dados para uma classe particular de proteínas pode levar alguns dias, mas pode então produzir um design para uma nova variante em microssegundos. "Nenhum outro método chega perto, "ele diz." A deficiência é que o modelo não nos diz o que realmente está acontecendo lá dentro. Nós apenas sabemos que funciona. "

p Essa forma de codificar a estrutura na música reflete uma realidade mais profunda. "Quando você olha para uma molécula em um livro, é estático, "Buehler diz." Mas não é nada estático. Está se movendo e vibrando. Cada pedaço de matéria é um conjunto de vibrações. E podemos usar esse conceito como uma forma de descrever a matéria. "

p O método ainda não permite qualquer tipo de modificação direcionada - quaisquer mudanças nas propriedades, como resistência mecânica, elasticidade, ou a reatividade química será essencialmente aleatória. "Você ainda precisa fazer o experimento, "diz ele. Quando uma nova variante de proteína é produzida, "não há como prever o que acontecerá."

p A equipe também criou composições musicais desenvolvidas a partir de sons de aminoácidos, que definem esta nova escala musical de 20 tons. As peças de arte que eles construíram consistem inteiramente em sons gerados a partir de aminoácidos. “Não há instrumentos sintéticos ou naturais usados, mostrando como essa nova fonte de sons pode ser utilizada como uma plataforma criativa, "Buehler diz. Motivos musicais derivados de proteínas naturalmente existentes e proteínas geradas por AI são usados ​​em todos os exemplos, e todos os sons, incluindo alguns que se assemelham a baixo ou bateria, também são gerados a partir dos sons dos aminoácidos.

p Os pesquisadores criaram um aplicativo gratuito para smartphone Android, chamado Sintetizador de Aminoácidos, para reproduzir os sons de aminoácidos e gravar sequências de proteínas como composições musicais.