با تبدیل ساختار های مولکولی به صدا ها،پژوهشگران به یک بینش جدید به درون ساختار های پروتئین دست یافته اند و موفق شده اند تفاوت های جدیدی خلق کنند.
تاریخ ۲۶ ژوئن ۲۰۱۹
منبع :موسسه تکنولوژی ماساچوست
خلاصه: در یک ارتباط غافلگیر کننده بین علم و هنر،محققین یک سیستم به وجود اورده اند که میتواند ساختار های مولکولی پروتئین ها،این سازندگان پایه ای موجودات زنده را ،به صدای های قابل شنیدنی مثل ترکیبات موسیقی تبدیل کند.بعد با برعکس اجرا کردن همین فرایند دانشمندان میتوانند تغییراتی در موسیقی ایجاد کنند و با تبدیل اینها به پروتئین ،پروتئین های جدیدی تولید کنند که قبلا در طبیعت دیده نشده است.
میخوای یه پروتئین مدل جدید درست کنی که شاید ویژگی های به درد بخوری داشته باشه؟ کار سختی نیس.زیر لب یه آهنگی رو زمزمه کن.
در یک ارتباط عجیب بین علم و هنر پژوهشگران دانشگاه ام ای تی یک سیستم را طراحی کرده اند که ساختار های مولکولی پروتئین ها را به صدای های قابل شنیدن مثل موسیقی تبدیل میکند و برعکس.یعنی میتواند از روی تغییرات جدیدی که در موسیقی ایجاد شده پروتین جدیدی طراحی کند که شاید در طبیعت مانند آن موجود نباشد.
البته که این هنوز به سادگی زمزمه کردن یک اهنگ جدید و به تبع آن ساخته شدن پروتئین نیست!
اما این سیستم جدید در حال نزدیک شدن به این هدف است…
این سیستم یک راه سیستماتیک را فراهم میکند که توالی های آمینو اسید های پروتئین به یک توالی موسیقیایی تبدیل شود. این فرایند با استفاده از ویژگی های فیزیکی مولکول هاست تا صدا ها را تعیین کند.
با وجود این که صدا ها تعویض و جابجا میشوند تا در محدوده شنوایی انسان قرار بگیرند، تن و لرزش آنها بر پایه یکسری توالی های حقیقی ازخود مولکول است. تمامی محاسبات با استفاده از تئوری های شیمی کوانتوم به دست امده است.
سیستم توسط مارکوس بوهلر،پروسفسور مک افی مهندسی و هم چنین سرپرست دپارتمان مهندسی عمران و محیط دانشگاه ام ای تی با همکاری دکتر چی هووا یو و دو نفر دیگر طراحی شده است. همان طور که در ژورنال ای سی اس نانو توصیف شده است، سیستم ۲۰ نوع آمینو اسیدرا ترجمه میکند به یک سیستم صوتی با مقیاس ۲۰ صدای مختلف.هر توالی بلند پروتئین تبدیل میشود به توالی نوت موسیقی.
با وجود این که این مقیاس صوتی به گوش شنونده غربی نا آشناست، دانشمندان روابط صدا ها را بعد از این که گوششان به صدا عادت کرد تشخیص میدهند.
بعد از گوش دادن به ملودی های پایانی،او اکنون میتواندتوالی های امینواسیدی مشخصی را تشخیص دهد.مثلا بگوید آن بتا شیت هست و آن یکی آلفا هلیکس.
بوهلر
اموختن زبان پروتئین ها
کل مفهوم این پروژه، آن طور که بوهلر توضیح میدهد،این است که برای بهتر فهمی پروتئین ها و تنوعشان این راه ابداع شده است.
پروتئین ها مواد ساختاری پوست ،استخوان ،ماهیچه و هم چنین آنزیم ها ،موادشیمیایی پیام رسان ،تغییرات مولکولی را میسازند.همچنین میزبان مواد کاربردی دیگری هستند که همه جنبندگی موجودات زنده به آن بستگی دارد.ولی ساختار پروتئین ها ،به خصوص طرزقرار گیری آنها در شکل هایی که عموما کاربرد شان را مشخص میکند به طرز باور نکردنی پیچیده است.
«انها زبان خودشان را دارند،و ما نمیدانیم که این چطور کار میکند.ما نمیدانیم که چه چیزی باعث میشود که یک پروتئین ابریشم یک پروتئین ابریشم شود ، و یا چه توالی هایی باعث میشود که یک سری کاربرد در یک انزیم پیدا شود.ما رمز این را نمیدانیم»
بوهلر
با ترجمه این زبان به یک فرم متفاوت که انسان ها مخصوصا با آن (منظور موسیقی است) بیشتر عجین شده اند،باعث میشود ابعاد و اطلاعات دیگر مثل بلندی و حجم و مسافت صدا از این به دست آید.
بوهلر و تیمش امیدوارند بتوانند چشم انداز های جدیدی به درون روابط و تفاوت های مابین خانواده های پروتئین ها و تنوع آنها بگشایند. و از این به عنوان راهی استفاده کنند برای کشف بهینه و متعادل سازی های ممکن در ساختار و کاربرد پروتئین ها.
مثل موسیقی،ساختار پروتئین ها سلسله مراتب دارد،با سطح های مختلف و مقیاس های متفاوت طولی وزمانی.
تیم پس از ان شروع کرد و از یک سیستم هوش مصنوعی طراحی شده بهره برد تا بتواند کاتالوگ ملودی هایی را که توسط طیف وسیعی از پروتئین ها تهیه شده بود مطالعه کند.
آنها یک سیستم ای ال داشتند که تغییرات کوچکی را در توالی های موسیقیایی ایجاد میکرد یا توالی های کاملا جدیدی رو به وجود می آورد .بعدش هم این توالی ها رو به صدا هایی تبدیل میکرد که به پروتئین ها تبدیل بشوند.
با این فرایند انها میتوانستند تنوعی از هر پروتئین موجود مثلا پروتئین موجود در تار عنکبوت ، یا پروتئین هایی که در هیچ نکاملی به وجود نیامدند، ایجاد کنند.
با وجود این که خود پژوهشگران ممکن است قوانین بنیادی این ساز و کار ها را ندانند.این سیستم زبان طراحی پروتئین ها و رمز شکنی این ها را آموخته است. که بتواند پروتئین های کاملا جدیدی طراحی کند.
با توجه به این که تعداد احتمالات موجود برای انواع پروتئین های احتمالی بالای میلیارد ها میلیارد است ، توالی نویسی دستی بسیار سخت بود وممکن بود صحیح نباشد و نتیجه یک پروتئین درست ندهد.
برنامه نویسی ای ال سیستم برای این که بتواند با یک ست دیتا یک گروه خاصی از پروتئین ها را طراحی کند ممکن است چند روز طول بکشد ،ولی این سیستم بعدا میتواند کمک کند پروتئین های جدید را در چند هزارم ثانیه تولید کنیم.هیچ روش دیگری نمیتواند به این سرعت نتیجه بخش باشد.
این روش رمز گشایی و تبدیل کردن ساختار به موزیک یک مزیت مهم تر هم دارد وقتی ما به شکل یک مولکول در کتاب مرجع نگاه میکنیم یک شکل ثابت را میبینیم ولی در واقعیت مولکول ها ثابت نیستند. همه آنها لرزش ها و حرکت هایی دارند که ما میتوانیم با استفاده از این ویژگی های لرزشی هر ماده آن را توصیف کنیم.
این متد هنوزاجازه این که بتوانیم ویژگی هایمولکول پروتئین را مستقیما انتخاب کنیم و تغییر دهیم. ویژگی های مثل قدرت مکانیکی مولکول یا خاصیت کشسانی آن یا واکنش پذیری شیمیایی آن مولکول که همه این ها به صورت اتفاقی تعیین خواهد شد.
وقتی یک پروتئین جدید را از این طریق تولید میکنید نمیتوانید حدس بزنید که دارای چه ویژگی هایی خواهد بود.
تیم همچنین یکسری ترکیبات موسیقی را ساخته که با استفاده از همین مقیاس بیست تایی امینو اسید ها تولیدشده. در تولید این ملودی ها از هیچ الت موسیقی استفاده نشده تا نشان بدهند این پلت فرم ( زمینه)جدید تا چه حد میتواند خلاقانه باشد. این اثرات هنری موسیقیایی از هر دو نو پروتئین هایی طبیعی و ساختگی ساخته شده.بعضی از این صدا ها شیاهت هایی به بعضی آلات موسیقی دارد.
حتی این پژوهشگران یک اپلیکیشن رایگان برای سیستم عامل اندروید طراحی کردند که به اسم تولید کننده امینو اسید است. این اپلیکیشن میتواند صدا های امینو اسید را پخش کند و به عنوان فایل موسیقیایی ذخیره کند.
