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AI 算法将新冠病毒转换成音乐,以研究破解其棘状蛋白结构

2024-11-02 207


新冠病毒大流行迫使全球各地实施社交隔离的非常时期,许多人转而倘佯让人紧绷身心为之舒缓的古典音乐悠扬音符里。但对科学家而言,音符也可能为研究这只让世界不支倒地的病毒提供新方法。麻省理工学院(MIT)研究人员使用一种称为“资讯声音化”(Sonification)的技术,将新型冠状病毒 Sars-Cov-2 的棘状蛋白(Spike Protein,又称 S 蛋白)转换成音乐。

此音讯 3 月发表在音乐创作分享平台 SoundCloud,目的是为了协助研究人员进一步了解新冠病毒的结构。新冠病毒去年底首次出现在中国,仅 3 个多月,就让全球 100 万人被感染。科学家说,随着时间推移,这种音讯格式可协助开发新药或找到抵抗病毒作用的抗体。

实验的核心是棘状蛋白(病毒表面成分,让病毒外形犹如皇冠),外观就如“冠状病毒”(“Corona”拉丁文之意为皇冠)之名。这种蛋白质是病原体与宿主细胞的结合物,多半位于肺部,其结构和感染细胞的关系有助于理解病毒攻击人体的运作方式。

人脑擅长处理声音,愉悦音符可破解病毒狡诈特性

但是,为什么选择音乐而不是传统的病毒比对方式?“我们的大脑非常擅长处理声音。我们需要一台高倍率显微镜才能在图像看到相同程度的细节,但我们不可能同时看到所有细节。声音是一种获取储存在蛋白质资讯非常优雅的方式。”负责这个专案的 MIT 教授 Markus J Buehler 2 日接受《MIT News》采访时表示。

“我们也可能使用合成方法制作出可攻击病毒的药物。我们可找出能与棘状蛋白结合抗体的旋律与节奏匹配的新蛋白质,进而干扰新冠病毒的感染能力。”Buehler 补充。

还有更好的譬喻可说明为什么科学家热中将病毒结构转化成声音。这种“令人愉悦放松的声音”揭穿了“会劫持人体以扩大感染病毒的狡诈特性”,Buehler 对长达约 2 小时音讯《冠状病毒棘状蛋白之病毒弦律对位》(发表至音乐共享平台 SoundCloud)的简介说明写道。

“资讯声音化”过程包括将组成蛋白质的氨基酸指派至相应的声音,方法是以特定音阶对某音符移调固定频率。至于蛋白质其他方面则透过改变音符的音量和音长表示,使之具节奏感。

透过 AI 人工智能算法,能将这些乐谱转换成可显示氨基酸与蛋白质结构“固有关系”的乐曲,根据 Chi-Hua Yu、Zhao Qin、Francisco J Martin-Martinez 及 Markus J Buehler 等研究人员于美国化学学会(American Chemical SocietyACS)刊物发表的方法论指出,他们提出“资讯声音化”过程的普遍性指导方针。

这不是第一项透过声音感测微生物数据资料的研究。2017 年一项将储存在 DNA 序列资讯转换成音乐的研究认为,可帮助科学界分析复杂的结构及可能发生的任何突变。3 月一位英国艺术家发表名为《Covid-19 之声》(Sound of Covid-19)曲子,尽管不具科学用途,但这位艺术家说,此为 Sars-Cov-2 基因组序列转换而成的音符。

  • Scientists write musical notation on coronavirus protein

(首图来源:Markus J Buehler / MIT News)

2020-04-06 22:07:00

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