Исследователи используют классическую музыку, чтобы сделать "песни" белков более приятными для слуха

В последние годы учёные создавали музыку на основе структуры белков как творческий способ популяризации науки. Однако получившиеся мелодии не всегда были приятны на слух. В исследовании, опубликованном 29 сентября в журнале Heliyon, учёные использовали стиль существующих музыкальных жанров, чтобы направлять структуру "белковой песни" и сделать её более музыкальной. Используя в качестве ориентира стиль Фантазии-экспромта Фредерика Шопена и других классических произведений, исследователям удалось преобразовать белки в мелодии с большей музыкальностью.

Создание уникальных мелодий из белков достигается с помощью алгоритма "белок-в-музыку". Этот алгоритм включает определённые элементы белков — такие как размер и положение аминокислот — и сопоставляет их с различными музыкальными элементами, создавая слуховую "схему" структуры белков.

"Существующая белковая музыка в основном создавалась путём простого сопоставления определённых паттернов аминокислот с базовыми музыкальными характеристиками, такими как высота тона и длительность нот, но они плохо соотносятся с более сложными музыкальными особенностями, такими как ритм и гармония", — говорит старший автор Ю Зонг Чен, профессор факультета фармации Национального университета Сингапура. "Сосредоточившись на музыкальном стиле, мы можем направить более сложное сопоставление комбинаций паттернов аминокислот с различными музыкальными особенностями".

Для своего эксперимента исследователи проанализировали высоту тона, длительность, октавы, аккорды, динамику и главную тему четырёх произведений середины 1800-х годов эпохи романтизма. Эти произведения, включая Фантазию-экспромт Шопена и Скитальца-фантазию Франца Шуберта, были выбраны как представители примечательного жанра Fantasy-Impromptu, возникшего в то время.

"Мы выбрали конкретный музыкальный стиль Fantasy-Impromptu, поскольку он характеризуется свободой выражения, что, как мы чувствовали, дополнит то, как белки регулируют многие функции нашего организма, включая наше настроение", — говорит соавтор Пэн Чжан, постдокторант Рокфеллеровского университета.

Аналогичным образом, несколько белков в исследовании были выбраны из-за их сходства с ключевыми атрибутами стиля Fantasy-Impromptu. Большинство из 18 протестированных белков регулируют функции, включающие человеческие эмоции, познание, ощущения или работоспособность, что, по словам авторов, связано с эмоциональностью и выразительностью жанра.

Затем они сопоставили 104 структурных, физико-химических и связывающих свойства аминокислот этих белков с шестью музыкальными особенностями. "Мы проверили количественный профиль каждого свойства аминокислоты на соответствие квантованным значениям различных музыкальных характеристик, чтобы найти оптимальные сопоставленные пары. Например, мы сопоставили размер аминокислоты с длительностью ноты, так что больший размер аминокислоты соответствует более короткой длительности ноты", — объясняет Чен.

Для всех протестированных белков исследователи обнаружили, что музыкальность белков значительно улучшилась. В частности, было установлено, что рецептор окситоцина (OXTR) имеет одно из наибольших улучшений музыкальности при использовании алгоритма, управляемого жанром, по сравнению с более ранней версией алгоритма "белок-в-музыку".

"Белок рецептора окситоцина создал нашу любимую песню", — говорит Чжан. "Эта белковая последовательность породила узнаваемую главную тему, которая ритмично повторяется на протяжении всей пьесы, а также некоторые интересные мотивы и паттерны, повторяющиеся независимо от нашего алгоритма. Также присутствовали приятные гармонические последовательности; например, многие септаккорды естественным образом разрешались".

Авторы, однако, отмечают, что хотя управляемый алгоритм повысил общую музыкальность белковых песен, до того, чтобы они напоминали настоящую человеческую музыку, ещё далеко.

"Мы считаем, что следующим шагом будет изучение большего количества музыкальных стилей и более сложных комбинаций свойств аминокислот для повышения музыкальности и создания новых музыкальных произведений. Ещё одним, очень важным шагом будет применение искусственного интеллекта для совместного изучения сложных свойств аминокислот и их комбинаций с учётом особенностей различных музыкальных стилей для создания белковой музыки с улучшенной музыкальностью", — говорит Чен.