Музыканты объединились с химиками и обнаружили новый способ сворачивания белков
Сонификация — это использование звука для передачи информации. Математические данные объединяются в формулу, которая помогает изображать биохимические процессы. Это позволяет лучше понять их суть. Группа исследователей из области музыки, химии и информатики использовала звук, чтобы раскрыть физические механизмы сворачивания белков.
Как сонификация помогает пониманию науки?
Ученые сформировали специальную Группу сонификации биофизики, которая с начала пандемии проводит еженедельные встречи в Zoom. Группа экспериментировала с использованием ультразвуковой обработки в исследованиях физических механизмов сворачивания белков. Их работа позволила сделать новое открытие в этой области.
Один из участников сообщества создал анимированную визуализацию в сочетании со звуком, которая иллюстрировала упрощенный процесс сворачивания белка, а другие использовали ее, чтобы представить ключевые концепции процесса студентам и оценить, помогло ли это их пониманию.
Исследователи обнаружили, что обработка ультразвуком дополняла и усиливала визуализацию. Она помогла улучшить понимание химических процессов даже у экспертов.
Научная группа использовала суперкомпьютеры для имитации складывания белков в определенную структуру. Этот процесс основан на сложном паттерне многих взаимодействий. Моделирование показывает несколько путей, по которым белки сворачиваются, а также информирует о том, когда они двигаются неверно или застревают в неправильной форме. Эти дефекты связаны с рядом заболеваний, например, болезнями Альцгеймера и Паркинсона.
Как ученые «озвучивают» белки́?
В цифровом аудио все представляет собой поток чисел, поэтому вполне естественно послушать его. Так, можно услышать то, что невозможно увидеть при взгляде на бесконечный список чисел. Звук позволяет пролить свет на скрытые моменты физических моментов, поскольку бывает очень сложно визуализировать огромные объемы данных, которые генерирует компьютерное моделирование с сотнями тысяч переменных.
Например, когда белок сворачивается, он окружен молекулами воды. Ученые хотели узнать, когда именно вода соприкасается с белком, но вокруг него движутся 50 тыс. молекул, и только одна-две из них делают важные вещи. Увидеть это невозможно. Однако если бы каждый раз, когда молекула воды соприкасается с определенной аминокислотой, раздавался плеск, его можно было бы легко услышать.
Ученые совместили некоторые особенности белков со звуковыми параметрами, такими как высота тона, тембр и громкость. Так, каждая уникальная аминокислота характеризовалась с помощью звука, учитывая гидрофобные или гидрофильные свойства.
Как-то раз Бетховен сказал: «Чем глубже поток, тем глубже звук». Мы ожидаем, что слон будет издавать низкий звук, потому что он большой, а воробей будет высоко чирикать, поскольку он маленький. В нас встроена эта незамысловатая интуиция. Ученые могут использовать ее по максимуму, чтобы организовать эффективное общение с молекулами.
По словам ученых, они разработали новый способ показать, как музыка и звук могут помочь нам понять мир, в том числе молекулярный.
━━━━━
Анастасия Дегтярева
