来自美国与英国的研究人员巧妙地结合生物学和音乐,研发出了一种方法让折叠的蛋白“想唱就唱”,这项研究已发表于在线期刊 Heliyon。随着研究的深入,有朝一日科学家们或许能通过聆听来自微观世界的旋律,识别其中的异常来发现疾病征兆。Josiah
Zayner是近期刚刚获得芝加哥大学生物物理学博士学位的美国人,他利用微小的植物蛋白质制造了一个微型乐器并可奏出旋律。Zayner一直以来对于将
生物学融入到电子界面中都有很大的兴趣。这个微型乐器被称作chromochord,这是驾驭这些每天为我们的生活提供能量的蛋白质的另类解读,“没人能
看到它们,我希望人们以某种方式体验到”。
作曲家Middleton谈到,“科学家们就像麦哲伦一样在学海中探索,现在他们手上已经有了些可视化的工具。再帮他们增添些听觉上的选择又何乐而不为呢?”
Middleton 与 Bywater 通过蛋白质可听化(protein sonification)过程,将乐段与蛋白质形状、深度及氨基酸成分配对,每种可测量的属性有其对应的音高与节奏。从头开始播放,蛋白质就变成了一段独特的旋律。他们还开发出一套映射系统,将主乐调与蛋白质独特的测量结果同步。
对一些复杂蛋白,比如与肌肉相关的肌联蛋白,用于描述其三维形状与氨基酸成分的乐段几乎涵盖了钢琴的整个音域;而像血液中的白蛋白这类较简单的蛋白质则更偏向僵硬的调式音——想想《致爱丽丝》和《筷子》就明白了(《致爱丽丝》华丽优美,而《筷子》是能用左右手各一指弹奏的著名钢琴入门曲,简单有趣——译注)。所打造的乐器本身包含了12小瓶的燕麦蛋白质,每一瓶对于光的刺激都会有不同的回应。当蓝色LED光照向其中一瓶时,里面的分光光度计就会测量蛋白质的反应。随后整个设备将这些数据传输到可将信息转为声音的软件中。当然蛋白质本身不会发出声音,Zayner做的工作是将蛋白质的反应以音乐的形式表现出来。
chromochord中的每一小瓶都与不同的音连接到一起,像是铃、鼓或是钢琴。通过按下不同的按键,Zayner能够控制给予每小瓶的光量,这样就能产生各种不同的音调了。“这东西开发起来可并不容易。”Zayner说,“不过相信我,弹奏起来绝对比开发更麻烦!”
Zayner未来还将对Chromochord做进一步的晚上,不过现阶段Zayner又将目光转移到了另一个可以弹奏的元素之上:人体细胞。本周早前,他在IndieGoGo站点发布了一个筹款目标20000美元的项目,为的就是使用人工培养的皮肤细胞制造出类似chromochord的乐器。
关键是,旋律是否能与这些可测量性质的模型及图表契合。Middleton 与Bywater在38位实验者身上实验了他们的方法。实验者伴随着蛋白旋律观察蛋白质的形态,并被询问两者的契合程度。结果显示,绝大多数人认为视觉与听觉具有一定相关性,这也使研究人员相信他们正朝着正确的方向努力。
Bywater 认为,短期来说,这种可听化软件能作为一种巧妙的教学工具,帮助学生更深入了解复杂的蛋白质折叠。但长远看来,他们更希望这项研究能够帮助科学家识别可能发出疾病信号的蛋白质变异,甚至为疾病治疗助力。接下来,两位作者计划建立网站,让更多人能够聆听蛋白质的旋律。
Bywater 同时表示,他相信作曲家们一定对此大喜过望,而科学家们则可获得研究蛋白质的听觉工具。例如,阿尔茨海默病被认为是由蛋白质错误折叠导致的,这就能反应在分子旋律的不和谐音上。这才是这项研究未来大显身手之处。
未参与该项目的蛋白质稳态研究者 Pincus 评价道:“我相信每一位曾经与蛋白质打过交道的科学家都希望能有一种新方法去研究蛋白。比起耗尽心力挨个检查长链上的氨基酸,如果能通过刺耳的音调立刻诊断出一种变异那再好不过了。”
然而也有质疑认为,这也许不过是个“新奇的小把戏”,或者仅对视觉障碍的科学家有较大帮助。毕竟真的很难说“耗尽心力地检查氨基酸”与“绞尽脑汁地听音符”到底哪个比较轻松。音乐能否成为一种更有效的方法,甚至如研究人员期待的那样起到颠覆性作用仍有待商榷。
不如就用 Middleton 的话结束这篇文章,“音乐渗透我们生活的方方面面,体育、礼拜甚至叙事,在研究数据上试试也无妨。”——先一起来听蛋白唱歌吧。