Tutti ormai sappiamo qual è l’aspetto di un Coronavirus, ma forse non tutti sanno dell’esistenza del suono del COVID-19. Il virus ha un suono specifico, una musica che lo contraddistingue e che si può persino ascoltare. Come è possibile? Grazie a una tecnica detta sonificazione Markus Buehler, professore di ingegneria al MIT (Massachussets Institute of Technology), ha tradotto in musica Covid-19.
Dalla struttura 3D al suono del COVID-19
Le proteine sono articolate in una struttura primaria, che consiste in una sequenza di diversi elementi, gli amminoacidi. La struttura primaria assume diverse conformazioni (α-elica, struttura β e tripla elica allungata), le strutture secondarie, le quali a loro volta si organizzano tra loro nella configurazione spaziale tridimensionale, definita terziaria.
Gli scienziati sono partiti dall’analisi della struttura della proteina spike di COVID-19, la stessa che si lega ai recettori delle cellule umane e consente al virus di infettare l’uomo. Si è così ottenuta la mappa 3D della proteina.
Il suono comunemente è generato dalla vibrazione di un materiale, mentre la musica è prodotta dall’arrangiamento dei suoni in una schema gerarchico. Partendo da questi due concetti e dalla geometria della proteina si è dato vita a una nuova forma di musica.
L’intelligenza artificiale, associa a ogni componente della struttura una caratteristica sonora (volume, ritmo, melodia, accordi). Ad ogni amminoacido esistente in natura si è associato un tono e si è costruita una “scala amminoacidica” di 20 toni. Per rappresentare le strutture spaziali secondarie è stato modulato il volume e la durata delle note.
Il risultato è una melodia di un’ora e 49 minuti, dal suono soffuso e rilassante, pubblicata su Soundcloud. Tale musica rappresenta sia lo spettro vibrazionale dell’intera proteina, sia la sequenza degli amminoacidi e melodie intrecciate che ne riflettono la geometria gerarchica.
Certo questa melodia manca di quelle componenti che normalmente ricerchiamo quando ascoltiamo la musica, ma è lo specchio di ordini naturali e, da questo punto di vista, risulta affascinante all’ascolto.
Dalla trasposizione in musica del Coronavirus alla terapia
Lo studio approfondito della struttura della proteina spike è fondamentale per lo sviluppo di una terapia e un vaccino. Il lavoro di trasposizione in musica del coronavirus, pertanto, non è fine a se stesso. L’approccio “compositivo” può semplificare la ricerca di un punto debole, di siti ai quali potrebbero legarsi farmaci, semplicemente cercando sequenze musicali che corrispondono ad essi.
L’intelligenza artificiale sarebbe in grado di elaborare un’infinita serie di possibili “spartiti” da opporre al virus. Analizzando la immensa banca dati di proteine tradotte, potrebbe essere possibile sviluppare una proteina che possa attaccarsi a spike, impedendogli di legarsi alle cellule umane, rendendo quindi il virus inoffensivo.
L’analisi dello spettro sonoro di queste componenti elementari può aiutare a sviluppare nuove tecniche. Buehler ha battezzato questo “genere” materiomusic. Perché se la natura ha un suo suono, analizzarlo per come si è sviluppato nel corso dei millenni può davvero essere sorprendente e innovativo.
CREDITS
“Sonification based de novo protein design using artificial intelligence, structure prediction and analysis using molecular modeling” by Chi Hua Yu and Markus J. Buehler, 17 March 2020, APL Bioengineering. DOI: 10.1063/1.5133026