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| Recreación artística de la estructura de una molécula de proteína en un pasaje musical, como hace el sistema del MIT. / Christine Daniloff, MIT |
Un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado un sistema para
convertir las estructuras moleculares de las proteínas en sonidos que se
asemejan a pasajes musicales mediante inteligencia artificial. Luego,
invirtiendo el proceso, ha introducido algunas variaciones en la música y
la ha tranformado de nuevo en proteínas nunca antes vistas en la
naturaleza.
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han llevado a cabo una curiosa investigación que ha logrado convertir las estructuras moleculares de las proteínas, los bloques básicos de construcción de todos los seres vivos, en sonidos audibles que se asemejan a pasajes musicales. Los resultados del estudio, del que es coautor el ingeniero químico español Francisco Martín-Martínez, se han publicado esta semana en la revista ACS Nano.
Además, el método utilizado por los investigadores, basado en inteligencia artificial,
les permite invertir el proceso e introducir algunas variaciones en la
música para convertirla en nuevas proteínas que no existen en la
naturaleza.
Según comenta el Martín-Martínez a Sinc, “el método proporciona una forma sistemática de traducir la secuencia de aminoácidos de una proteína en una secuencia musical, utilizando las propiedades físicas de las moléculas para determinar los sonidos”.
Aunque
estos sonidos se han transpuesto para situarlos en el rango audible
para los humanos, “los tonos y sus relaciones se basan en las
frecuencias vibratorias reales de cada molécula de aminoácidos en sí,
calculadas usando teorías de química cuántica”, explica.
Han traducido la secuencia de aminoácidos de una proteína en una
secuencia musical, utilizando las propiedades físicas de las moléculas
El sistema ha logrado traducir los 20 tipos de aminoácidos, los
bloques que se unen en cadenas para formar todas las proteínas, en una escala de 20 tonos. La larga secuencia de aminoácidos de cualquier proteína se convierte así en una secuencia de notas.
Mientras
que esta escala puede resultar poco familiar para las personas
acostumbradas a la música occidental, los oyentes pueden reconocer
fácilmente las relaciones y diferencias después de familiarizarse con
los sonidos.
MarKus Buehler, líder del trabajo en
el MIT, dice que después de escuchar las melodías resultantes, ahora es
capaz de distinguir ciertas secuencias de aminoácidos que corresponden a
proteínas con funciones estructurales específicas. “Es una lámina
beta”, podría decir, o “es una hélice alfa”.
Idioma propio
La idea, dicen los autores, es conseguir una mejor comprensión de las proteínas y su amplia gama de variaciones. Estas biomoléculas constituyen el material estructural de la piel, los huesos y los músculos, pero también son enzimas, sustancias químicas de señalización, interruptores moleculares y una multitud de otros materiales funcionales que conforman la maquinaria de todos los seres vivos. Pero sus estructuras, incluyendo el modo en que se doblan en las formas que determinan sus funciones, son extremadamente complicadas.
“Tienen su propio idioma y desconocemos cómo funciona. ¿Qué hace que una proteína de la seda sea una proteína de la seda o qué patrones reflejan las funciones que se encuentran en una enzima? No sabemos el código”, resalta Buehler.
Los autores indican que al traducir ese lenguaje esperan obtener
nuevos conocimientos sobre las relaciones y diferencias entre las
distintas familias de proteínas y sus variaciones, y usar esto como una
forma de explorar los posibles ajustes y modificaciones de su estructura
y función”. Al igual que ocurre con la música, la estructura de las
proteínas es jerárquica, con diferentes niveles de estructura a
diferentes escalas de tiempo o duración.
El equipo ha utilizado un
sistema de inteligencia artificial para estudiar el catálogo de
melodías producidas por una amplia variedad de proteínas diferentes. Los
científicos hicieron que el sistema de IA introdujera ligeros cambios
en la secuencia musical o creara secuencias completamente nuevas, y
luego tradujeron los sonidos de nuevo a proteínas que corresponden a las
versiones modificadas o de nuevo diseño.
La idea es conseguir una mejor comprensión de las proteínas y su amplia gama de variaciones
Con este proceso, fueron capaces de crear variaciones de las proteínas existentes, por ejemplo de una que se encuentra en la seda de araña,
uno de los materiales más fuertes de la naturaleza, haciendo así nuevas
proteínas que no se parecen a ninguna producida por la evolución.
“La
inteligencia artificial ha aprendido el lenguaje de cómo se diseñan las
proteínas", y puede codificarlo para crear variaciones de las versiones
existentes, o diseños de proteínas completamente nuevos, dice Buehler.
Dado que hay billones de combinaciones potenciales, cuando se trata de
crear nuevas proteínas no se podría hacer desde cero, por eso hemos
recurrido a estas tecnologías", agrega.
‘Componer’ nuevas proteínas
El método empleado para convertir proteínas en música y al revés todavía no permite ningún tipo de modificaciones dirigidas. Cualquier cambio en las propiedades como la resistencia mecánica, la elasticidad o la reactividad química será esencialmente aleatorio. “Todavía hay que hacer el experimento”, dice el director del estudio. Cuando se produce una nueva variante de la proteína, “no hay forma de predecir lo que hará”.
El equipo
también creó composiciones musicales desarrolladas a partir de los
sonidos de los aminoácidos, que definen esta nueva escala musical de 20
tonos. Las piezas de arte que compusieron están hechas enteramente con
los sonidos generados por los aminoácidos.
“No hemos utilizado instrumentos sintéticos o naturales, lo que
demuestra que esta nueva fuente de sonidos puede ser usada como una plataforma creativa”, dice Buehler.
En
todos los ejemplos, se han empleado motivos musicales derivados tanto
de proteínas existentes de forma natural como de proteínas generadas por
la IA, y todos los sonidos, incluidos algunos que se asemejan a un bajo o a una caja de resonancia, también se generan a partir de los sonidos de los aminoácidos.
Los investigadores han creado una app gratuita para Android, llamada Amino Acid Synthesizer, para reproducir los sonidos de los aminoácidos y grabar secuencias de proteínas como composiciones musicales.
Las piezas musicales construidas consisten en los sonidos generados por los aminoácidos
( Fuente: SINC )
