蛋白质或其他分子这样的小纳米物体，简直构成了一切的生命物质，包含细胞、安排以及病毒、病原体，调查它们一般需求高精尖的科学仪器。不过，现在又多了一种别致的体现办法，咱们咱们可以“听”到它们。
Markus J. Buehler（马库斯 J. 布勒）是麻省理工学院的 McAfee 工程学教授，一起也是一位试验音乐、古典音乐和电子音乐的作曲家。他对声波研讨很感兴趣，其著作选用一种被称为“资料音乐”的办法，例如从生物资料和生命体系中衍生出来的音乐体现办法，以此来更好地了解基础科学和数学。
他的研讨之一是将音乐和声响规划作为一种新颖而笼统的办法，从下到上对事物进行建模、优化和发明新的办法，并评价跨体系规划之间的联系。在最近的工作中，他开发了一个新的结构，依据蛋白质以及其他物理现象来创造音乐，以探究不同物种、不同标准以及物理模型之间的异同。当时，新冠疫情在美国爆发，Buehler 将注意力转向了 COVID-19 的刺突蛋白，正是这种蛋白使新式冠状病毒具有如此强的传染性。
他和他的搭档企图经过依据病原体刺突蛋白的声谱来提醒其振荡特性，这或许是研讨病毒的一个新办法。把 COVID-19 转化为声响后，听起来不像咱们幻想的那么丧命，就像病毒诈骗咱们的细胞相同，音频如下：
图｜新冠病毒转化成的音频（来历：soundcloud）
这曲音乐时长约 1 小时 50 分钟，与一场古典音乐会的时刻差不多。它展现出一些关于生命和逝世作为敌对极之间的奇妙联系。
病毒基因组绑架宿主细胞的蛋白质制作机制，迫使宿主细胞仿制病毒基因组并发生病毒蛋白质，然后从中制作新病毒。当你“听“病毒蛋白质的时分，你会发现杂乱的规划会发生令人难以置信的风趣的、令人放松的声响，并没有传达出这种蛋白质对国际的丧命影响。音乐作为这种病毒的一种体现办法，相同具有很强的诈骗性质。
把病毒谱成“曲子”是怎么做到的？Buehler 团队开发了一种将氨基酸序列翻译成音乐著作的自洽声波办法，并依据人工智能技术用于蛋白质规划。
咱们听到 COVID-19 的“音乐“是一个多层的算法组合，包含整个蛋白质的振荡光谱（以声响和节奏元素表达）、组成病毒刺突蛋白结构的氨基酸序列和折叠，以及交错在一起的旋律——构成对位音乐——反映蛋白质杂乱的层次穿插几何学。
图｜将 COVID-19 刺突蛋白翻译成声响，以可视化其振荡特性，这有助于找到阻挠病毒的办法（来历：MIT News）
这种研讨办法依据蛋白质氨基酸组成模块的正常方式振荡，来核算 20 种天然氨基酸中每一种的听觉表达，这完全由其各自天然振荡的叠加来界说。遵从换位等效的音乐概念，振荡频率会转换为可听频谱，以某种办法播映或编写音乐，使之听起来音高或低，一起保存演奏的腔调或和弦之间的联系。
这种转置办法可保证每个氨基酸内部以及不同氨基酸之间的振荡频率的相对值，与每种氨基酸相关的特征频谱和声响代表一种由 20 种腔调组成的音乐音阶，即“氨基酸音阶”。为了创立一种可演奏的乐器，将与氨基酸相关的每个腔调分配给钢琴卷上的特定琴键，这使咱们也可以将蛋白质中的氨基酸序列映射为曲谱。
为了反映蛋白质的高档结构细节，与每个氨基酸相关的音符的音量和持续时刻由蛋白质的二级结构界说，运用 DSSP 核算得出，然后引进音乐节奏。然后，研讨人员依据经过此超声处理办法生成的很多曲谱来练习循环神经网络，并运用 AI 生成乐曲，捕获氨基酸序列与蛋白质结构之间的固有联系。
本研讨提出的办法也可为了解序列方式、变异和骤变供给途径，并供给一种扩展机制来解说蛋白质序列的重要性。该办法还可以供给蛋白质折叠的见地，并在界说蛋白质的二级和高阶折叠结构时了解氨基酸序列的布景，因而可用于检测声响的骤变影响。
图｜把氨基酸特征频谱转化为音阶（来历：ACS）
用“音乐”来体现新冠病毒有什么实践用途？
Buehler 在承受媒体采访时表明，咱们的大脑拿手处理声响，一次扫描，咱们的耳朵就会听到其一切层次特征：音高、音色、音量、旋律、节奏，以及和弦。而要想在图画中看到相同的细节，则需求一台高分辨率显微镜才行，并且永久无法一次看到一切细节。据此 Buehler 以为，声响是一种拜访蛋白质中存储的信息的绝佳办法。
一般，声响是经过振荡某种资料制成的，而音乐则是经过将声响按层次摆放的办法制成的。凭借 AI，咱们咱们可以结合这些概念，并运用分子振荡和神经网络来构建新的音乐办法。咱们一直在研讨将蛋白质结构转变为可听见的表明办法，并将这些表明办法转换为新资料的办法。
从长远来看，将蛋白质转化为声响为科学家供给了另一种了解和规划蛋白质的东西。例如，即便很小的骤变也可以约束或增强 COVID-19 的致病力，经过超声转化处理，咱们还可以比较其刺突蛋白与曾经的冠状病毒（如 SARS 或 MERS ）的生化进程。
依据这种“音乐“创造，研讨人员还能剖析感染宿主的刺突蛋白的振荡结构，了解这些振荡方式关于药物规划及其他针对病毒的抵挡办法至关重要。举例来说，这种振荡或许会跟着温度的升高而改变，它们还可以告知咱们，为什么 COVID-19 比其他病毒更简单侵入人体细胞，Buehler 和团队还在进行研讨以讨论这样一些问题。
“咱们也或许运用组合办法来规划进犯病毒的药物。咱们咱们可以查找一种新蛋白，该蛋白与可以结合到刺突蛋白的抗体的旋律和节奏匹配，然后搅扰其感染才能。”Buehler 说。
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参阅：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.9b02180
https://news.mit.edu/2020/qa-markus-buehler-setting-coronavirus-and-ai-inspired-proteins-to-music-0402
https://soundcloud.com/user-275864738/viral-counterpoint-of-the-coronavirus-spike-protein-2019-ncov
