O da, proteini koji se nalaze u svim živim bićima mogu oživjeti u ritmu glazbe. O tome najviše zna Markus Buehler, glazbenik i profesor na MIT-u koji razvija modele umjetne inteligencije kako bi stvorio nove proteine, ponekad uz pomoć zvuka.

U mirnija vremena Buehler traga za proteinima koji bi produžili rok trajanja pokvarljive hrane, poput onog koji pčele koriste za izgradnju košnica. Koristeći umjetnu inteligenciju otkrio je i potpuno novi protein. No s pandemijom Covida-19 okrenuo se proučavanju bjelančevina proteina SARS-CoV-2. Uz pomoć kolega sad pokušava raspakirati njegova vibracijska svojstva zvučnim spektrima temeljenim na molekulama.

'Proteini su cigle i malter koji čine naše stanice, organe i tijelo', kaže Buehler. Alfa-zavojnice su posebno važne. Njihova struktura daje im elastičnost i otpornost, zbog čega su koža, kosa, perje, kopita, pa čak i stanične membrane toliko trajne. No one imaju i antimikrobna svojstva.

Buehler uz pomoć IBM-a pokušava iskoristiti ovu biokemijsku osobinu kako bi stvorio premaz od bjelančevina koji bi usporiti kvarenje i brzo truljenje namirnica poput jagoda. Trenirali su model dubokog učenja na bazi podataka o proteinima, koji sadrži sekvence aminokiselina i trodimenzionalne oblike oko 120.000 proteina i potom od njega zatražili da predviđa oblik proteina, atom po atom.

Platformu su koristili i za predviđanje strukture proteina koji ne postoje u prirodi. Tako su dizajnirali i potpuno novi protein.

'Naša metoda može precizno predvidjeti strukturu proteina bez šablona. No kako je banka podataka ograničena na prirodne proteine, trebao nam je način da vizualiziramo nove strukture', objašnjava Buehler. No, kakva je korist od prevođenja bjelančevina u zvuk?

'Naši mozgovi sjajno obrađuju zvukove', kaže Buehler. 'U jednom potezu naše uši pokupe sve njegove hijerarhijske karakteristike: glas, timbar, glasnoću, melodiju, ritam i akord. Trebao bi nam snažni mikroskop da bismo na slici vidjeli ekvivalentne detalje, a ne bismo ih mogli vidjeti odjednom. Zvuk je elegantan način za pristup informacijama pohranjenim u proteinu.'

A što nam može reći ozvučavanje S proteina SARS-CoV-2?

'Njegov proteinski šiljak sadrži tri lanca proteina presavijena u intrigantan uzorak. Te su strukture premalene da bi ih vidjelo oko, ali se mogu čuti', kaže Buehler koji je uz pomoć suradnika fizičku strukturu proteina predstavio isprepletenim melodijama. Obilježili su aminokiselinski slijed proteina u šiljku, njegove obrasce sekundarne strukture i zamršene trodimenzionalne nabore. Dobili su glazbene obrasce njegovog DNK koda.

Buehler i njegov tim naučili su da virus ima nevjerojatnu sposobnost obmanjivanja i iskorištavanja domaćina radi vlastitog množenja. Njegov genom zavodi stanice i prisiljava ih da repliciraju virusni genom te stvaraju virusne proteine ​​kako bi stvorili nove viruse.

'Dok slušate, može vas iznenaditi ugodan, čak opuštajući ton glazbe. Ali to prevari naše uho na isti način na koji virus vara naše stanice', objašnjava Buehler. 'Kroz glazbu možemo vidjeti SARS-CoV-2 šiljak iz novog kuta i shvatiti koliko je važno čim prije naučiti jezik bjelančevina.'

Prevođenje proteina u zvuk pruža znanstvenicima još jedan alat za razumijevanje i oblikovanje proteina. Čak i mala mutacija može ograničiti ili povećati patogenu moć SARS-CoV-2. Štoviše, ozvučavanjem se mogu usporediti i biokemijski procesi proteina u šiljku s prethodnim koronavirusima, poput SARS-a ili MERS-a.

'U glazbi koju smo stvorili analizirali smo vibracijsku strukturu proteina šiljaka koji inficiraju domaćina. Razumijevanje ovih vibracijskih obrazaca presudno je za izradu lijekova i još mnogo toga', najavljuje Buehler. 'Vibracije se mogu mijenjati s temperaturom i mogu nam otkriti zašto šiljak SARS-CoV-2 gravitira ljudskim stanicama više od ostalih virusa.'