大数据文摘出品
编译：武帅、蒋宝尚
想要创造一些具有有用特性的全新蛋白质？
没问题。只要哼上几个小调就可以了。
在科学和艺术的有机结合下，麻省理工学院（MIT）的研究者开拓出了一套系统，用于将蛋白质的分子构造（所有生物体的基本构成物质）转化为一小段音乐片段。
然后，将这个过程反转过来，如果你改变几个音符，还能“创造出”一些自然界中从未见过的全新蛋白质。
此项研究已经揭橥在了ACS Nano上面。研究下载地址：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.9b02180
它供应了一种将蛋白质的氨基酸序列“翻译”成音乐序列的系统方法，并且能通过分子的物理特性来确定所属的声音。
虽然这些声音都是为了能使人耳听到而经由了一定的变换，但是这些变换是基于每个氨基酸分子的实际振动频率的，这些频率又是经由量子化学理论打算得来，因此它们和原始的声音逐一对应。
先来听听由蛋白质天生的神奇乐曲吧
将蛋白质的氨基酸序列翻译成这种打击和节奏声音的序列☝
让AI学习蛋白质的措辞，并“翻译”成乐曲
氨基酸是蛋白质链的组成部分，因此，氨基酸所构成的蛋白质长序列被转化为一系列的音符。
虽然对付那些习气了传统音乐的人来说，这样的音阶听起来并不熟习，但是听众在熟习之后就能轻松地意识到个中的联系和差异。Buehler说，在听完这些氨基酸所产生的旋律之后，他现在能够分辨出那些具有特定构造功能的蛋白质所对应的氨基酸序列。他会说：“这是一个 beta sheet”，或者“那是一个 “alpha helix”。
Buehler阐明说，全体观点是为了更好地理解蛋白质及其各种变异。蛋白质是构成皮肤、骨骼和肌肉的构造材料，同时也是酶、化学旗子暗记物质，以及构成所有生物机器的大量其他功能材料。
但是它们的构造，包括它们将自身转换成常日决定其功能的形状所用到的方法，都是极其繁芜的。“它们有着自己的措辞，并且我们也不知道它是如何运作的，”他说。“我们不知道是什么使丝蛋白成为丝蛋白，也不知道是什么模式反响了酶中所创造的功能。我们不知道它编码办法。”
将蛋白质的措辞翻译成一种人们易于理解的形式，并许可不同方面的信息能够在不同维度—音高，音量和持续韶光上进行编码。
Buehler 和他的团队希望网络到关于不同的蛋白质家族之间的关系和差异以及其变异的新见地，并以此探索许多可以用来调度和修正蛋白质构造和功能的方法。和音乐一样，蛋白质的构造也是分层的，在不同的构造层次上有着不同的长度或韶光。
能够将20种氨基酸转换成20种音阶
研究团队之后采取了人工智能系统来研究由多种不同的蛋白质所天生的旋律目录。他们让人工智能系统在音乐序列中引入眇小的变革，或者天生全新的序列，然后翻译回与修正后的序列或新设计的序列所对应的蛋白质。
借助这个过程，他们可以创造涌现有蛋白质的变体。例如，借助于在自然界中强度最高的材料之一—蜘蛛丝中所创造的蛋白质，制造出与自然进化所产生的蛋白质不同的新品种。
虽然这些研究者可能并不理解这些潜在的规则，“但是人工智能已经学会了蛋白质的设计措辞，”并且它可以对其编码，创造涌现有品种的变体，或全新设计的蛋白质，Buehler如是说。鉴于存在着成千上万亿的潜在组合，当涉及到创造新的蛋白质时，“你不可能从头开始，但是AI可以。”
“虽然我们不知道模型内部发生了什么，但是它很有用”
通过利用这样一个别系，用一组特定种类的蛋白质的数据来演习人工智能系统可能须要几天的韶光，但是它之后可以在几微秒的韶光内设计出一种新的变体。
Buehler表示：“没有其他方法能与之媲美，缺陷便是我们并不知道这个模型内部发生了什么。我们只知道它管用。”
这种将构造编码为音乐的办法确实反响了更深层次的现实。
“当你在教科书中看到一个分子时，它是静态的，”Buehler说到，“但它根本不是静止的。它正在移动和振荡。每一个物质都是一组振动。我们可以用这个观点来描述物质。”
这个方法尚不许可任何类型的定向修正—诸如机器强度，弹性，或者化学反应性等性子的任何变革基本上是随机的。“你仍旧须要做实验，”他说，当一种新的蛋白质变体产生时，“没有方法去预测它会发生什么。”
该团队还创造了由氨基酸的声音开拓的音乐作品，这些氨基酸定义了20个新音阶。他们创作的艺术品完备由氨基酸的声音组成。
“它没有利用任何人造的或天然的乐器，这展示了这种新的声音源是如何被用作创意平台的，”Buehler说到。从自然存在的蛋白质和人工智能天生的蛋白质中提取出来的音乐主题贯穿于全体示例，所有的声音，包括一些类似于男低音或小军鼓的声音，也都来自于氨基酸的声音。
研究职员还开拓了一款名为Amino Acid Synthesizer的免费的Android智好手机运用程序，用于播放氨基酸的声音，并将蛋白质序列记录为音乐作品。
“Markus Buehler拥有最具创造力的灵魂，他对生物分子内部运作的探索正在以一种最主要的办法促进我们对生物质料的机器相应的理解。”Marc Meyers说到。他是加州大学圣地亚哥分校的一名材料科学的教授，并没有参与这项事情。
Meyers补充道，“这种将其设想为音乐的办法是一个新颖而有趣的方向。这是最好的实验音乐。生命的韵律，包括我们心脏的搏动，是重复声音的最初来源，而这些声音构成了美妙的音乐天下。Markus已经进入了纳米空间，去提取构成生命体的氨基酸的独特韵律。”
澳大利亚悉尼大学的生归天学和分子生物技能教授Anthony Weiss说到：“蛋白质序列是繁芜的，正如蛋白质序列之间的比较一样。
他表示：麻省理工学院的团队“供应了一种令人印象深刻，有趣和不屈常的方法来访问并阐明这种繁芜性。……这种方法得益于我们与生俱来的能够听到繁芜音乐的能力。通过音乐的和谐与不和谐，我们现在有了一个有趣并且有用的工具来比较和比拟氨基酸序列。”
干系宣布：
http://news.mit.edu/2019/translating-proteins-music-0626