एमिनो एसिड उपन्यास प्रोटीन संरचनाओं को डिजाइन करने के लिए सुंदर संगीत बनाते हैं

MIT के वैज्ञानिकों ने अमीनो एसिड के गूंजने वाली आवृत्तियों को श्रव्य नोट्स में बदल दिया।

एमिनो एसिड उपन्यास प्रोटीन संरचनाओं को डिजाइन करने के लिए सुंदर संगीत बनाते हैं
एमिनो एसिड उपन्यास प्रोटीन संरचनाओं को डिजाइन करने के लिए सुंदर संगीत बनाते हैं


लगभग सात साल पहले, एमआईटी वैज्ञानिकों ने डिजाइनर प्रोटीन बनाने के लिए एक कट्टरपंथी नए तरीके की स्थापना की उम्मीद में रेशम के "ध्वनि" का उत्पादन करने के लिए संगीत सिद्धांत पर स्पाइडर सिल्क थ्रेड्स में प्रोटीन की आणविक संरचना की मैपिंग की। उस काम ने टोक्यो में पिछली बार गिरने वाले एक कला प्रदर्शन "स्पाइडर कैनवस" को भी प्रेरित किया था। कलाकार टॉमस सरैसेनो ने एक इंटरैक्टिव उपकरण बनाया जो साइरोफोरा सिट्रिकोला स्पाइडर के वेब से प्रेरित था, जिसमें "स्ट्रैट" में प्रत्येक स्ट्रैंड एक अलग नोट के साथ था।

अब MIT सामग्री इंजीनियर मार्कस Buehler और उनके सहयोगियों ने एक प्रोटीन संरचना से संगीत बनाने की एक और भी अधिक उन्नत प्रणाली के साथ वापस आ गए हैं - और फिर प्रकृति में कभी नहीं देखा उपन्यास उपन्यास बनाने के लिए इसे वापस परिवर्तित करना। टीम ने एंड्रॉइड स्मार्टफोन के लिए एक मुफ्त ऐप भी विकसित किया, जिसे एमिनो एसिड सिंथेसाइज़र कहा जाता है, इसलिए उपयोगकर्ता अमीनो एसिड की आवाज़ से अपनी खुद की प्रोटीन "रचनाएं" बना सकते हैं। उन्होंने एसीएस नैनो में एक नए पेपर में अपने काम का वर्णन किया।

बहुत कुछ ऐसा है कि कैसे संगीत में सीमित संख्या में नोट्स और कॉर्ड होते हैं और संगीत की रचना के लिए विभिन्न संयोजनों का उपयोग करता है, प्रोटीन की एक सीमित संख्या में बिल्डिंग ब्लॉक्स (इसके 20 अमीनो एसिड) हैं जो अद्वितीय गुणों के साथ उपन्यास प्रोटीन संरचना बनाने के लिए किसी भी संख्या में संयोजन कर सकते हैं। । इसके अलावा, "संगीत की किसी भी शैली में पैटर्न होते हैं," Buehler ने कहा। "आप ध्वनि, स्वर के मामले में सार्वभौमिकता देखेंगे, लेकिन आप शास्त्रीय संगीत में रूपांकनों और आंदोलनों की तरह दोहरावदार पैटर्न भी देख सकते हैं। इस प्रकार के पैटर्न प्रोटीन में भी पाए जाते हैं।"

तथाकथित "ट्यून करने योग्य" गुणों के साथ दर्जी सामग्रियों की क्षमता वैज्ञानिकों को मकड़ी के रेशम जैसे प्राकृतिक सामग्रियों के बेहतर सिंथेटिक संस्करण बनाने में सक्षम बनाती है, जिसमें कई उत्कृष्ट गुण हैं। यह अविश्वसनीय रूप से मजबूत है - औंस के लिए औंस, यह स्टील या केवलर की तुलना में मजबूत है, हालांकि यह कार्बन नैनोकैब्स से फाइबर के रूप में मजबूत नहीं है। यह जलरोधक है, और यह स्टील फाइबर के लिए 8% और नायलॉन फाइबर के लिए लगभग 20% की तुलना में टूटने से पहले 30-40% तक फैलने में सक्षम है। यहां तक ​​कि इसमें रोगाणुरोधी, रक्त के थक्के और अन्य घाव भरने वाले गुण भी हो सकते हैं। चूंकि यह संरचना है जो किसी भी सामग्री को अपने अद्वितीय गुण प्रदान करती है, वैज्ञानिक मकड़ी रेशम की प्रोटीन संरचना के साथ-साथ अन्य प्रकार के प्रोटीनों के बारे में अधिक समझना चाहेंगे।

यही कारण है कि Buehler की प्रयोगशाला कई साल पहले करने के लिए बाहर सेट है, यह दर्शाता है कि रेशम उच्च आदेश दिया, स्तरित प्रोटीन संरचनाओं से प्रोटीन के घने पेचीदा clumps के साथ बारी-बारी से अपने गुण प्राप्त करता है। इसके बाद, वे प्रोटीन अणुओं के गुणों से परे जांच करने के लिए अकेले गए कि वे बड़े पैमाने पर नेटवर्क बनाने के लिए कैसे गठबंधन करते हैं। इस प्रक्रिया में, उन्होंने पाया कि श्रेणी सिद्धांत के साथ संयुक्त संगीत सिद्धांत, यह अनुमान लगाने में एक अमूल्य सहायता हो सकता है कि किसी दिए गए पदार्थ की नई विविधताएं उक्त प्रोटीन संरचना के आधार पर कितना अच्छा प्रदर्शन करेंगी।

यह पता चला है कि संगीत संरचना (पिच, रेंज, डायनामिक्स, टेम्पो) के पदानुक्रमित तत्व प्रोटीन संरचना के पदानुक्रमित तत्वों के अनुरूप हैं। इस प्रकार, लेखक ने नैनो टूडे में प्रकाशित 2012 के एक पत्र में लिखा है, "प्रोटीन से कताई फाइबर के तंत्र का अनुवाद एक ऐसी प्रक्रिया के माध्यम से संगीत में किया जा सकता है, जो नियमों के एक सेट को प्रस्तुत करता है, जो प्रणाली के निर्माण को नियंत्रित करता है।" "यह तकनीक बहुत अलग डोमेन में 'सामग्री' की संरचना, तंत्र और गुणों को व्यक्त करने की अनुमति देती है,"। "

यह नवीनतम कार्य Buehler के अनुसार ध्वनि, संगीत और प्रोटीन के बीच सादृश्य बनाने के लिए एआई के तरीकों में हाल की प्रगति का लाभ उठाता है, एक प्रोटीन के संगीत अनुक्रम में एमिनो एसिड के अनुवाद के लिए एक बेहतर प्रणाली बनाता है।

"संगीत वाद्ययंत्र लकड़ी, या धातु, या जानवरों की खाल के कंपन के माध्यम से काम करते हैं। सभी संगीत उस कंपन संरचना पर आधारित होते हैं जो वे बनाते हैं।" "किसी भी अणु, अगर आप इसे नैनोस्केल पर देखते हैं, तो लगातार कंपन होता है। हमने महसूस किया कि प्रत्येक अमीनो एसिड बिल्डिंग ब्लॉक, जो प्रोटीन बनाते हैं, जो बदले में पदानुक्रमित संरचनाओं को बनाते हैं - इनमें से प्रत्येक में एक विशेष ध्वनि होती है। हस्ताक्षर, एक फिंगरप्रिंट की तरह। "

उन्होंने प्रत्येक अमीनो एसिड को इसकी प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्ति के आधार पर एक टोन सौंपा - वास्तव में एक कॉर्ड के समान अधिक है, क्योंकि एमिनो एसिड कई अतिव्यापी आवृत्तियों पर कंपन करता है। अणुओं की विभिन्न 3 डी संरचनाओं ने प्रत्येक स्वर की अवधि निर्धारित की। चूंकि 20 अमीनो एसिड होते हैं, इसने 20-टोन पैमाने का उत्पादन किया। कुछ इलेक्ट्रॉनिक कीबोर्ड उपयोगकर्ता को अपनी इच्छानुसार किसी भी पैमाने को बनाने की अनुमति देते हैं, और यही एमआईटी वैज्ञानिकों ने केवल 20 कुंजी के साथ एक कीबोर्ड बनाने के लिए उपयोग किया। उन्होंने उस डेटा का उपयोग कई अलग-अलग प्रकार के सरल प्रोटीनों की ध्वनियों की एक प्लेलिस्ट बनाने के लिए किया, इसलिए एक एआई सीख सकता है कि प्रत्येक को क्या पसंद है।

"हमारे मानव मस्तिष्क को एक निश्चित तरीके से चीजों को समझने के लिए पूर्व-वायर्ड किया जाता है, और यह सब भूल जाना और खरोंच से सीखना मुश्किल है," ब्यूहलर ने कहा। "एआई ने कभी भी किसी भी प्रकार की ध्वनि या संगीत को नहीं सुना है।" एआई प्रक्रिया को उलट भी सकता है और नए प्रोटीन को डिजाइन करने के लिए ज्ञान प्राप्त कर सकता है, मौजूदा लोगों पर बदलाव और पूरी तरह से नए वाले। "मैं हैरान था जब मैंने डेटा वापस आते देखा," Buehler ने कहा। "यह प्रोटीन के साथ पैटर्न को पूरी तरह से पुन: पेश करता है।"

संक्षेप में, टीम प्रोटीन के सभी विभिन्न माध्यमिक संरचनाओं के अद्वितीय उंगलियों के निशान की गणना करने और उन्हें ट्रांसपोज़ेशन के माध्यम से श्रव्य बनाने में सक्षम थी। "यह इतिहास में इस्तेमाल किए गए कुछ भी मनुष्यों से बहुत अलग लगता है, क्योंकि हम अब तक यह नहीं सुन पाए हैं," ब्यूहलर ने कहा। "केवल आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी के साधनों के साथ हम इन स्पेक्ट्रा की गणना कर सकते हैं और उनका उपयोग कर सकते हैं।"

Buehler उन अद्वितीय हस्ताक्षरों से इतना परिचित हो गया है कि वह उदाहरण के लिए, कानों द्वारा कुछ अमीनो एसिड अनुक्रमों के बीच का अंतर बता सकता है - एक बीटा शीट, या एक अल्फा हेलिक्स। एंड्रॉइड ऐप उपयोगकर्ताओं को ईमेल के माध्यम से साझा करने के विकल्प के साथ, उन्हें स्वचालित रूप से रिकॉर्ड करते हुए, अपनी प्रोटीन रचनाएं बनाने देता है। "आप म्यूटेशन खेल सकते हैं और सुन सकते हैं कि प्रोटीन के विभिन्न प्रकार कैसे लगते हैं," उन्होंने कहा। "आप अपने द्वारा बनाए गए प्रोटीन को भी मोड़ सकते हैं, या अन्य तरीकों का उपयोग करके इसका विश्लेषण कर सकते हैं।"

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