Bilim

Proteinleri Müziğe Çevirmek

MIT'deki araştırmacılar, tüm canlıların temel yapı taşları olan proteinlerin moleküler yapılarını, müzikal geçitlere benzeyen duyulabilir sese dönüştürmek için bir sistem geliştirdiler.

Moleküler yapıları seslere dönüştürerek, araştırmacılar protein yapılarına dair içgörü kazandı ve yeni varyasyonlar yarattılar.

MIT’deki araştırmacılar, tüm canlıların temel yapı taşları olan proteinlerin moleküler yapılarını, müzikal geçitlere benzeyen duyulabilir sese dönüştürmek için bir sistem geliştirdiler. Böylece süreci tersine çevirerek, müziğe bazı varyasyonlar getirebilir ve doğada daha önce hiç görülmemiş şekilde yeni proteinlere dönüştürebilirler.

Her ne kadar yeni bir proteinin varlığına işlenmesi kadar basit olmasa da, yeni sistem yaklaşıyor. Sesleri belirlemek için moleküllerin fiziksel özelliklerini kullanarak; bir proteinin amino asit dizisini bir müzik dizisine çevirmenin sistematik bir yolunu sağlar. Sesler, insanlar için duyulabilir aralığa getirilmek üzere aktarılsa da; tonlar ve ilişkileri, her bir amino asit molekülünün gerçek titreşim frekanslarına dayanır ve kuantum kimyasındaki teorileri kullanarak hesaplanır.

ACS Nano dergisinde tarif edildiği gibi, sistem; tüm proteinleri oluşturmak için zincirlerde bir araya gelen yapı taşları olan 20 tip amino asidi 20 tonluk bir skalaya çevirir. Herhangi bir proteinin uzun amino asit dizisi daha sonra bir nota dizisi haline gelir.

Böyle bir ölçek Batı müzik geleneğine alışmış insanlara yabancı gelse de; dinleyiciler sesleri öğrendikten sonra ilişkileri ve farklılıkları kolayca tanıyabilirler. Buehler, ortaya çıkan melodileri dinledikten sonra; şimdi spesifik yapısal fonksiyonlara sahip proteinlere karşılık gelen bazı amino asit dizilerini ayırt edebildiğini söylüyor. Bunun “bir beta sayfa” veya “bir alfa sarmalı” olduğunu belirtiyorlar.

Protein Dilini Öğrenmek

Buehler’in açıkladığı bütün kavram; proteinleri ve geniş çeşitlilikteki varyasyonlarını anlamada daha iyi bir yol tutmasıdır. Proteinler; derinin, kemiğin ve kasın yapısal materyalini oluşturur. Fakat aynı zamanda enzimler; sinyal kimyasalları, moleküler anahtarlar ve tüm canlıların makinelerini oluşturan diğer fonksiyonel materyallerin bir kısmıdır. Ancak yapıları; kendilerini işlevlerini sık sık belirleyen şekillere katlamaları da dahil olmak üzere, oldukça karmaşıktır.

Buehler: “Kendi dilleri var ve nasıl çalıştığını bilmiyoruz. Bir ipek proteinini neyin ipek proteini yaptığını veya bir enzimde bulunan hangi fonksiyonları yansıtan hangi kalıpları içerdiğini bilmiyoruz. Kodunu bilmiyoruz.”
Bu dilin; insanların özellikle iyi uyuştuğu ve bilginin farklı yönlerinin farklı boyutlarda kodlanmasına olanak tanıyan farklı bir formata dönüştürülmesiyle (adım, hacim ve süre) Buehler ve ekibi yeni bakış açıları kazanmayı umuyor. Farklı protein aileleri ve varyasyonları arasındaki ilişkiler ve farklılıklar; bunu, yapı ve fonksiyonlarının olası birçok tweaks ve modifikasyonunu araştırmanın bir yolu olarak kullanır. Müzikte olduğu gibi; proteinlerin yapısı farklı uzunluk ve zaman ölçeklerinde farklı yapı seviyeleri ile hiyerarşiktir.

*Yeni yöntem, proteinlerin bir amino asit dizisini bu vurmalı ve ritmik ses dizisine çevirir. /MIT

Ekip daha sonra çeşitli proteinlerin ürettiği melodilerin katalogunu incelemek için yapay zeka sistemi kullandı. AI sistemi; müzik dizisinde küçük değişiklikler ya da tamamen yeni diziler yarattı ve daha sonra bu sesleri, değiştirilmiş veya yeni tasarlanmış sürümlere karşılık gelen proteinlere geri çevirdi. Bu işlemle var olan proteinlerin varyasyonlarını yaratabiliyorlardı. Örneğin doğanın en güçlü malzemelerinden biri olan örümcek ipeğinde bulunan; evrim tarafından üretilenlerden farklı olarak yeni proteinler oluşturulduğu gibi…

 

*Burada duyulan vurmalı, ritmik ve müzikli sesler tamamen amino asit dizilerinden üretilir. /MIT

Buehler: “Her ne kadar araştırmacılar bu sistemin altında yatan kuralları bilemeseler de; AI proteinlerin nasıl tasarlandığının dilini öğrendi. Bu sayede mevcut sürümlerin varyasyonlarını ya da tamamen yeni protein tasarımlarını oluşturmak için onu kodlayabilir. Potansiyel kombinasyonların ‘trilyonlar ve trilyarlar’ olduğu göz önüne alındığında, yeni proteinler üretme konusunda bunu sıfırdan başaramazsınız, bu ancak AI’nın yapabileceği şey…”

Yeni Proteinleri “Bestelemek”

Böyle bir sistemi kullanarak, AI sistemini belirli bir protein sınıfı için bir dizi veri ile eğitmenin birkaç gün sürebileceğini, ancak daha sonra mikrosaniyeler içinde yeni bir değişken için bir tasarım üretebileceğini söylüyor.

Buehler: “Başka hiçbir yöntem yaklaşmıyor. Eksiklik, model bize gerçekte neler olup bittiğini anlatmıyor. Sadece çalıştığını biliyoruz. Yapıyı müziğe kodlamanın bu yolu daha derin bir gerçeği yansıtıyor.

Bir ders kitabındaki bir moleküle baktığınızda, bu statik bir durum gibi gösteriliyor… Ancak normalde aksine hiç statik değil. Hareket ediyor ve titriyor. Her madde bir titreşim kümesidir ve bu kavramı maddeyi tanımlamanın bir yolu olarak kullanabiliriz. ”

Yöntem henüz herhangi bir yönlendirilmiş modifikasyona izin vermez. Mekanik dayanım, elastikiyet veya kimyasal reaktivite gibi özelliklerde herhangi bir değişiklik esasen rasgele olacaktır. Yeni bir protein varyantı üretildiğinde, ne yapacağını tahmin etmenin bir yolu yoktur.

Ekip ayrıca; bu yeni 20 tonluk müzikal skalasını tanımlayan amino asitlerin seslerinden geliştirilen müzikal besteler de yarattı. Yaptıkları sanat eserleri; tamamen amino asitlerden üretilen seslerden oluşuyor.
Buehler: “Kullanılan bu yeni ses kaynağının yaratıcı bir platform olarak nasıl kullanılabileceğini gösteren sentetik veya doğal enstrümanlar yok.”

Hem doğal olarak var olan proteinlerden hem de AI tarafından üretilen proteinlerden türetilen müzikal motifler; örnekler boyunca kullanılır ve bazıları bas veya davullara benzeyen sesler de dahil olmak üzere tüm sesler, amino asitlerin seslerinden üretilir.

Araştırmacılar; amino asitlerin seslerini çalmak ve protein sekanslarını müzikal kompozisyonlar olarak kaydetmek için Amino Asit Sentezleyici adlı ücretsiz bir Android akıllı telefon uygulaması yarattılar.

Kaliforniya Üniversitesi Marc Meyers: “Markus Buehler’in hayal gücünün müziğe odaklanması yeni ve ilgi çekici bir yön. Bu en iyi deneysel müziktir. Kalbimizin nabzı dahil; hayatın ritimleri, müziğin muhteşem dünyasını çeken, tekrarlayan seslerin ilk kaynaklarıydı. Markus, yaşamın yapıtaşları olan amino asitlerin ritimlerini çıkarmak için nano uzaya indi. ”

Kaynak:
MIT
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close