Protein SARS-CoV-2 pretvoren u zvuk djeluje na naše uvo na isti način na koji koronavirus djeluje na naše ćelije. To bi moglo da pomogne u pronalaženju načina da zaustavimo njegovo širenje, smatra profesor Markus Buehler
Proteini koji se nalaze u svim živim bićima mogu oživjeti u ritmu muzike. Markus Buehler, muzičar i profesor na MIT-u razvija modele vještačke inteligencije da bi stvorio nove proteine, ponekad uz pomoć zvuka. Ali s pandemijom Covida-19 proučava protein SARS-CoV-2. Uz pomoć kolega sad pokušava da raspakuje njegova vibracijska svojstva zvučnim spektrima baziranim na molekulama.
“Proteini su cigle i malter koji čine naše ćelije, organe i tijelo”, kaže Buehler. Alfa-zavojnice su posebno važne. Njihova struktura daje im elastičnost i otpornost, zbog čega su koža, kosa, perje, kopita, pa čak i ćelijske membrane toliko trajne. Ali one imaju i antimikrobna svojstva.
Buehler uz pomoć IBM-a pokušava iskoristiti ovu biohemijsku osobinu da bi stvorio premaz od proteina koji bi usporio kvarenje i brzo truljenje namirnica poput jagoda. Trenirali su model dubokog učenja na bazi podataka o proteinima, koji sadrži sekvence aminokiselina i trodimenzionalne oblike oko 120.000 proteina i potom od njega zatražili da predviđa oblik proteina, atom po atom.
Platformu su koristili i za predviđanje strukture proteina koji ne postoje u prirodi. Tako su dizajnirali i potpuno novi protein.
„Naši mozgovi sjajno obrađuju zvukove“, kaže Buehler. „U jednom potezu naše uši pokupe sve njegove hijerarhijske karakteristike: glas, timbar, glasnoću, melodiju, ritam i akord. Trebao bi nam snažni mikroskop da bismo na slici vidjeli ekvivalentne detalje, a ne bismo ih mogli da vidimo odjednom. Zvuk je elegantan način za pristup informacijama uskladištenim u proteinu.“
Ozvučavanje S proteina SARS-CoV-2
„Njegov proteinski šiljak sadrži tri lanca proteina presavijena u intrigantan uzorak. Te su strukture premalene da bi ih vidjelo oko, ali se mogu čuti“, kaže Buehler.
On je uz pomoć saradnika fizičku strukturu proteina predstavio isprepletenim melodijama. Obilježili su aminokiselinski slijed proteina u šiljku, njegove obrasce sekundarne strukture i zamršene trodimenzionalne nabore. Dobili su muzičke obrasce njegovog DNK koda.
Buehler i njegov tim naučili su da virus ima nevjerojatnu sposobnost obmanjivanja i iskorišćavanja domaćina radi vlastitog množenja. Njegov genom zavodi ćelije i prisiljava ih da replikuju virusni genom te stvaraju virusne proteine kako bi stvorili nove viruse.
„Dok slušate, može vas iznenaditi ugodan, čak opuštajući ton glazbe. Ali to prevari naše uho na isti način na koji virus vara naše stanice“, objašnjava Buehler. „Kroz muziku možemo da vidimo SARS-CoV-2 šiljak iz novog ugla i da shvatimo koliko je važno čim prije naučiti jezik proteina.“
Prevođenje proteina u zvuk pruža naučnicima još jedan alat za razumijevanje i oblikovanje proteina. Čak i mala mutacija može da ograniči ili poveća patogenu moć SARS-CoV-2. Ozvučavanjem se mogu usporediti i biokemijski procesi proteina u šiljku s prethodnim koronavirusima, poput SARS-a ili MERS-a, piše Arstechnica.
„U muzici koju smo stvorili analizirali smo vibracijsku strukturu proteina šiljaka koji inficiraju domaćina. Razumijevanje ovih vibracijskih obrazaca presudno je za izradu lijekova i još mnogo toga“, najavljuje Buehler. „Vibracije se mogu mijenjati s temperaturom i mogu nam otkriti zašto šiljak SARS-CoV-2 gravitira ljudskim stanicama više od ostalih virusa.“
