Кислоты и белки играют геном на фортепьяно

Уроки игры на фортепьяно в детстве не проходят бесследно, даже если ребёнок, когда вырос, стал специалистом по молекулярной генетике. Мы не уверены, насколько такое детское увлечение поспособствует развитию биологии, но зато оно может создать проект на стыке науки и искусства. Не верите? Послушайте.

Как вам, к примеру, вот этот музыкальный фрагмент (MIDI-файл)?

 

 

Да, не то чтобы очень уж мелодично, но диссонанса никакого нет. А в некоторых местах попадаются весьма гармоничные сочетания аккордов. Полагаете — это сочинение начинающего композитора или чей-то "концептуальный" трек? Не угадали. Это музыкальное представление генетического кода, задающего синтез человеческого белка — цитохрома C (cytochrome C), переносчика электронов в дыхательной цепи.

Данная "фишка" — лишь один из результатов большого проекта Gene2Music — выполненного аспирантом Ри Такахаси (Rie Takahashi), её руководителем, профессором Джеффри Миллером (Jeffrey Miller), при содействии Фрэнка Петита (Frank Pettit). Все — из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA).

Авторы генетической музыки: Такахаси, Миллер и Петит (фотографии Gene2Music).

Затевая проект, его авторы думали вовсе не об искусстве. Или не об искусстве в первую очередь. Они были вдохновлены слепым аспирантом метеорологии из Корнелла, который придумал способ чтения карт погоды, преобразовав их цвета в диапазон музыкальных тонов.

Ри и Джеффри подумали — может ли нечто подобное помочь человеку (не важно, зрячему или со слабым зрением) визуализировать белки, которые составлены из аминокислот, закодированных "буковками" ДНК в гене? "Мы хотели уйти от двумерного графического представления генетических кодов, добавив им новое измерение — звук", — говорит Такахаси.

Изучив историю вопроса, они поняли, что пришли к такой идее не первыми. Подобные проекты возникали ещё в начале 1980-х. Но почему-то не получили распространения ни в качестве "научного" инструмента, ни в роли своеобразного направления в искусстве.

Может, тому причиной были способы перевода генетического кода в музыку? В ранних проектах применяли почти буквальный перевод последовательности нуклеотидов в ноты. С учётом определённых сочетаний соседних генетических букв (AA, к примеру) авторам удавалось задать соответствие последовательности из всего 4 разных типов нуклеотидов — семи или восьми (с учётом "до" следующей октавы) нотам.

Едва ли такой прямолинейный подход годился для создания мелодичной музыки, зато возникали неожиданные результаты. Так, некий исследователь, перекодировав в обратную сторону по своей системе один из ноктюрнов Шопена, нашёл в нём фрагмент, соответствующий одному из фрагментов ДНК мыши.

Что ж, при великом разнообразии генетических кодов находка такого фрагментарного соответствия не столь уж невероятна.

Было ещё несколько работ, где в музыку, так или иначе, превращали биологические образцы или процессы (как-то для этого снимали лазером вибрацию молекул). Но Такахаси и Миллер полагали, что смогут найти оригинальный подход, который не только создаст гармоничную музыку генов, но и пригодится в научных исследованиях.

Для тех, кому лень искать ноты с музыкой генов, приводим одно из произведений, подсмотренных у природы (иллюстрация Gene2Music).

И они придумали: перекладывать на музыку надо не сам генетический код, а последовательность аминокислот, которые он кодирует. Американские новаторы нашли способ преобразовать каждую из 20 стандартных аминокислот, из которых построены все белки, в аккорды фортепьяно.

К примеру, гидрофильным аминокислотам они назначили аккорды в более высоком ключе, в то время как гидрофобные аминокислоты "зазвучали" ниже. Таким образом, подобные по свойствам аминокислоты были сходны и на слух.

Продолжительность аккорда определялась распространённостью кодона данной аминокислоты (кодон — это последовательность трёх нуклеотидов; каждая аминокислота закодирована 1-6 кодонами) в коде данного организма (число повторов на тысячу кодонов). Это позволило задать ритм, способный кое-что рассказать специалисту о структуре белка.

Кроме того, в отличие от сходных прежних проектов, авторы Gene2Music ограничили получающиеся аккорды 1,5 октавами, сведя 20 аминокислот к 13 (некоторые близкие по свойствам были объединены).

А вот ещё один музыкальный фрагмент (иллюстрация Gene2Music).

Всё вместе это позволило получить от генетического кода более гармоничную на слух музыку, что серьёзно отличает её от работ предшественников.

Но хорошо, музыка получилась, а как насчёт научной составляющей?

По мнению Такахаси, слушание белков полезно для развития интуитивного ощущения некоторых закономерностей в генетических последовательностях. Исследовательница поясняет: "Когда вы слушаете это подолгу, вы начинаете слышать мелодию или главную тему, являющуюся результатом повторов кода".

Вот как авторы системы пишут об этом на примере: "Болезнь Хантингтона — частный случай нарушения повторения триплетов, при котором расширение повторной последовательности глутамина заставляет белок терять свою функцию. Это приводит к неврологическому расстройству. В музыке кода белка хантингтина, виновного в данной болезни, можно услышать явный повторный образец аккордов глутаминов и полипролинов".

Кстати, целый набор музыкальных фрагментов, отражающих всяческие коды белков гемоглобина, факторов транскрипции, белков, участвующих в работе иммунной системы и тому подобного, вы можете найти на этой странице. Там же можно обнаружить нотные записи, если кто-то из вас вдруг захочет сыграть на фортепьяно фактор транскрипции CTCF и прочие художественные вещи (сомневаетесь – попробуйте сами).

Пересечения генетики и искусства можно найти теперь во множестве мест. То начнут продавать картины с рисунком кода владельца, то ещё что-нибудь придумают. А на днях токийская компания Ko-sin Printing разработала процесс внедрения ДНК конкретного человека в краску или чернила — хотите написать картину или отпечатать автобиографию с собственными ДНК в каждой капле? (иллюстрация с сайта pinktentacle.com).

Возможно ещё, что этот проект поможет студентам со слабым зрением осмыслить молекулярную генетику. Хотя пока авторы проекта не проигрывали свою музыку слепым. Так что о действенности такого метода обучения и возможности мгновенного узнавания всех генетических кодов на слух, подобно тому, как человек читает их в виде набора латинских букв — остаётся только гадать.

Но главное, как говорит Такахаси, применение Gene2Music – это популяризация столь сложной области науки, как генетика. "Музыка — знакомая каждому территория", — отмечает исследовательница.

Ри использовала эту музыку, чтобы объяснить основные понятия генетики своему преподавателю фортепьяно, и утверждает, что ему понравился такой урок. Музыка генов показалась ему более мелодичной, чем он ожидал.

Так что он мог бы смело назвать Такахаси одной из самых талантливых своих учениц. Даром, что пошла она не в музыканты, а в генетики.

Статья получена: Membrana.ru