放大的可视化新型冠状病毒（SARS-Cov-2）突刺蛋白的振动特性
三原色分别代表了突刺蛋白的三条蛋白质链
麻省理工学院（MIT）的Markus Buehler擅长开发人工智能模型，以设计新的蛋白质。其中，他最为人所知的技术即利用声音化技术，来阐明结构细节，否则这些细节可能难以捉摸。现在，他的实验室已经应用这种方法来模拟导致新型冠状病毒（SARS-CoV-2）高传染率的突刺蛋白的振动特性。他们的研究成果可能有一天能帮助科学家找出能阻止病毒传播的最好方法，从而开发出潜在的治疗方法，并希望预防未来的致命爆发。
Buehler认为，音乐创作的层次元素（如音高、音域、力度和节奏等）类似于蛋白质结构的层次元素。就像音乐的音符和和弦数量有限，并使用不同的组合来创作音乐一样，蛋白质也有数量有限的构建块（20种氨基酸），这些构建块以多种方式组合在一起，创造出具有独特特性的新型蛋白质结构。每个氨基酸都有一种特殊的声音特征，类似于指纹。
“任何音乐流派都有模式，”Buehler去年在采访中说道，“你会看到声音、音调的普遍性，但你也会看到重复的模式，如古典音乐中的主题和乐章。这些类型的模式也存在于蛋白质中。”
几年前，Buehler带领MIT的科学家团队将蜘蛛丝线中的蛋白质分子机构映射到音乐理论中，以得到蛛丝的“声音”，希望建立一种全新的方法来创造设计蛋白。他们随后开发了一个更先进的系统，用蛋白质结构制作音乐，再将其转换回来，从而创造出自然界从未见过的新型蛋白质。团队还为Android智能手机开发了一款免费的应用，称为氨基酸合成器（Amino Acid Synthesizer），因此用户可以使用氨基酸的声音，创造自己的蛋白质“成分”。
“我们的大脑善于处理声音，”Buehler解释道，“在一次扫描中，我们的耳朵会识别出声音的所有层次特征：音高、音色、音量、旋律、节奏和和弦。我们需要使用一个高倍显微镜才能看到图像中的细节，但我们无法看到所有细节。声音是获取存在蛋白质中信息的一种非常优雅的方式。”
新型冠状病毒也并不例外。正如Buehler介绍的：“其突刺蛋白包含三条蛋白质链折叠成的一个有趣的模式。这些结构太小，无法用肉眼看到，但可以用耳朵听到。我们将蛋白质的物理结构及其缠绕的链表示为交织的旋律，形成多层次的组合。突刺蛋白的氨基酸序列、二级结构模式及其复杂的三维折叠都具有一定的特点。由此产生的作品是一个对位音乐的形式，在这种音乐中，两个或几个有关但是独立的旋律组成一个和声。就像一首交响乐，音乐模式反映了蛋白质通过具体化其DNA代码实现的交叉几何结构。”
“病毒具有欺骗和利用宿主进行自身繁殖的不可思议的能力。其基因组劫持了宿主细胞的蛋白质制造机制，并迫使其复制病毒基因组并产生病毒蛋白来制造新的病毒。当你听到的时候，你可能惊讶于音乐令人愉悦、甚至是令人放松的音调。因为它欺骗我们的耳朵，就像病毒欺骗我们的细胞一样。通过音乐，我们可以从新的角度看到SARS-CoV-2的突刺蛋白，并认识到我们迫切需要学习蛋白质的语言。”
Buehler认为，更好地了解这些振动模式对于将来设计有效的药物治疗至关重要，或许可以寻找具有相似旋律和节奏的蛋白质，从而使其成为有效的抗体，进而限制病毒感染宿主的能力。而在更美学的层面上，“这种音乐艺术教会了我们，作为对立的两极，生与死之美之间存在的微妙的界限。”
蝌蚪五线谱编译自arstechnica，译者李彤馨，转载须授权
