Compondo com proteínas: pesquisadores usam sons para chegar a novas estruturas moleculares
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Compondo com proteínas: pesquisadores usam sons para chegar a novas estruturas moleculares

Há quem compare uma picanha, determinado corte ovino ou um filé de peixe a uma sinfonia ou a uma linda melodia, mas isso é apenas licença poética. O que os avanços do conhecimento humano permitem agora é de outra natureza: em um surpreendente casamento entre ciência e arte, pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology) desenvolveram um sistema para converter as estruturas moleculares das proteínas — blocos básicos de construção de todos os seres vivos — em sons audíveis, que se assemelham a passagens musicais.Dessa forma, revertendo o processo, eles podem introduzir algumas variações na música e convertê-la de volta, em novas proteínas nunca antes vistas na natureza.

Não é tão simples como se já se fosse possível realmente cantarolar uma nova proteína, mas o sistema chega perto disso. 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 ruídos sejam transpostos de forma a trazê-los ao alcance audível para os humanos, os tons e as relações entre eles se baseiam nas frequências vibracionais reais de cada molécula de aminoácidos, calculadas usando teorias da química quântica.

Sistema reverte proteínas em música e vice-versa / reprodução
Sistema reverte proteínas em música e vice-versa / reprodução

O sistema foi desenvolvido por Markus Buehler, professor de engenharia da McAfee e chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT, juntamente com o pós-doutorado Chi Hua Yu e outros dois pesquisadores: Zhao Qin e Francisco Martin-Martinez também do MIT, com apoio do Escritório de Pesquisa Naval dos EUA e pelos Institutos Nacionais de Saúde.

Como descrito pela revista “ACS Nano”, o sistema traduz os 20 tipos de aminoácidos, os "blocos de construção" que se juntam em cadeias para formar todas as proteínas, em uma escala de 20 tons. Cada sequência longa de aminoácidos da proteína se torna uma sequência de notas. Embora tal escala não pareça familiar às pessoas acostumadas com as tradições musicais ocidentais, os ouvintes podem prontamente reconhecer as relações e as diferenças depois de se habituarem com os sons.

Buehler afirma que, depois de ouvir as melodias resultantes, ele se tornou capaz de distinguir certas sequências de aminoácidos que correspondem a proteínas com funções estruturais específicas.

Markus Buehler, professor do MIT responsável pela pesquisa /MIT News
Markus Buehler, professor do MIT responsável pela pesquisa /MIT News

Aprendendo a linguagem das proteínas

Todo o conceito, explica o professor Markus, se aplica a entender melhor as proteínas e sua vasta gama de variações. As proteínas compõem o material estrutural de pele, ossos e músculos, mas também são enzimas, substâncias químicas, chaves moleculares e uma série de outros materiais funcionais que compõem a maquinaria de todos os seres vivos. No entanto, suas estruturas, incluindo a maneira de se dobrarem nas formas que frequentemente determinam suas funções, são extremamente complicadas. "Elas têm sua própria língua e não sabemos como funciona", diz ele. “Não sabemos o que faz uma proteína de seda ser uma proteína de seda ou quais padrões refletem as funções encontradas em uma enzima. Nós não sabemos o código.

Ao traduzir essa linguagem em uma forma diferente, a qual os seres humanos são familiarizados, e que permite que diferentes aspectos da informação sejam codificados em diferentes dimensões (altura, volume e duração), Buehler e sua equipe esperam obter novos insights sobre o assunto, como relações e diferenças entre diferentes famílias de proteínas e suas variações, e usar isso como uma forma de explorar os possíveis ajustes e modificações 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 duração ou tempo. A equipe usou, então, um sistema de inteligência artificial para estudar o catálogo de melodias produzidas por uma ampla variedade de proteínas diferentes. Elas fizeram com que o sistema de inteligência artificial introduzisse pequenas mudanças na sequência musical — ou que criasse sequências completamente novas. Em seguida, traduzia os sons de volta para as proteínas que correspondiam às versões modificadas ou recém projetadas. Com este processo, eles foram capazes de criar variações de proteínas existentes — por exemplo, de uma encontrada na teia de aranha, um dos materiais mais fortes da natureza — produzindo assim novas proteínas diferentes de qualquer produzida pela evolução.

‘Compor’ novas proteínas

A equipe de Markus também criou composições musicais desenvolvidas a partir dos sons de aminoácidos, que definem essa nova escala musical de 20 tons. As peças que eles construíram consistem inteiramente dos 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”, diz o pesquisador chefe.

Peças musicais derivadas de proteínas naturalmente existentes e proteínas geradas por inteligência artificial são usadas em todos os exemplos, e todos os sons, incluindo alguns que se assemelham a tambores de baixo ou caixa, também são gerados a partir dos sons de aminoácidos. Os pesquisadores criaram um aplicativo para smartphones Android gratuito, chamado “Amino Acid Synthesizer” (“Sintetizador de Aminoácidos”), para tocar os sons dos aminoácidos e gravar sequências de proteínas como composições musicais.

Sintetizador de aminoácidos criado pela equipe do MIT / reprodução
Sintetizador de aminoácidos criado pela equipe do MIT / reprodução
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