Создание уникальных мелодий из белков достигается с помощью алгоритма преобразования белка в музыку. Этот алгоритм включает определенные элементы белков, такие как размер и положение аминокислот, и сопоставляет их с различными музыкальными элементами, чтобы создать слуховой «план» структуры белков.
«Существующая белковая музыка в основном создавалась путем простого сопоставления определенных аминокислотных паттернов с фундаментальными музыкальными особенностями, такими как высота звука и длина нот, но они плохо соотносятся с более сложными музыкальными функциями, такими как ритм и гармония», – говорит старший автор Ю Цзун. Чен, профессор кафедры фармацевтики Национального университета Сингапура. "Сосредоточив внимание на музыкальном стиле, мы можем проводить более сложные сопоставления комбинаций аминокислотных паттернов с различными музыкальными особенностями."
Для своего эксперимента исследователи проанализировали высоту тона, длину, октавы, аккорды, динамику и основную тему четырех пьес середины 1800-х годов романтической эпохи классической музыки. Эти произведения, в том числе Fantasie-Impromptu от Шопена и Wanderer Fantasy от Franz Schubert, были отобраны, чтобы представить заметный жанр Fantasy-Impromptu, возникший в то время.
«Мы выбрали особый музыкальный стиль фэнтези-экспромта, поскольку он характеризуется свободой выражения, что, по нашему мнению, дополняет то, как белки регулируют большую часть наших телесных функций, включая наше настроение», – говорит соавтор Пэн Чжан (@ zhangpeng1202) , аспирант Рокфеллеровского университета
Аналогичным образом, некоторые из белков в исследовании были выбраны из-за их сходства с ключевыми атрибутами стиля Фэнтези-Экспромт. Большинство из 18 протестированных белков регулируют функции, включая человеческие эмоции, познание, ощущения или производительность, которые, по словам авторов, связаны с эмоциональным и выразительным образом жанра.
Затем они сопоставили 104 структурных, физико-химических и связывающих аминокислотных свойства этих белков с шестью музыкальными особенностями. «Мы сравнили количественный профиль каждого свойства аминокислоты с квантованными значениями различных музыкальных функций, чтобы найти оптимальные сопоставленные пары. Например, мы сопоставили размер аминокислоты с длиной ноты, так что больший размер аминокислоты соответствует более короткой длине ноты », – говорит Чен.
Исследователи обнаружили, что среди всех протестированных белков значительно улучшилась музыкальность белков. В частности, белковый рецептор окситоцина (OXTR) был признан одним из самых больших приростов музыкальности при использовании алгоритма, ориентированного на жанры, по сравнению с более ранней версией алгоритма преобразования белка в музыку.
«Белок рецептора окситоцина создал нашу любимую песню», – говорит Чжан. "Эта белковая последовательность создала идентифицируемую основную тему, которая повторяется в ритме на протяжении всей пьесы, а также некоторые интересные мотивы и паттерны, которые повторяются независимо от нашего алгоритма. Были также некоторые приятные гармонические прогрессии; например, многие септаккорды естественно разрешают."
Однако авторы отмечают, что, хотя управляемый алгоритм повысил общую музыкальность белковых песен, предстоит еще многое сделать, прежде чем он станет похож на настоящую человеческую музыку.
«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. Еще один следующий шаг, очень важный шаг, – это применение искусственного интеллекта для совместного изучения сложных свойств аминокислот и их комбинаций с учетом особенностей различных музыкальных стилей для создания белковой музыки повышенной музыкальности », – говорит Чен.
Исследования поддерживаются Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Национальным фондом естественных наук Китая и Академическими фондами Сингапура.