Agrandir / Une visualisation des propriétés vibratoires de la protéine de pointe du nouveau coronavirus (SARS-Cov-2). Les couleurs primaires représentent les trois chaînes protéiques du pic.

Markus Buehler / MIT

Contrepoint : les scientifiques du MIT traduisent la structure des protéines des coronavirus en musique

Markus Buehler du MIT est spécialisé dans le développement de modèles d’IA pour concevoir de nouvelles protéines et est peut-être mieux connu pour utiliser la sonification pour éclairer des détails structurels qui pourraient autrement se révéler insaisissables. Son laboratoire a maintenant appliqué cette approche pour modéliser les propriétés vibratoires de la protéine de pointe responsable du taux de contagion élevé du nouveau coronavirus (SARS-CoV-2). Ce qu’ils apprendront pourrait un jour aider les scientifiques à trouver la meilleure façon d’arrêter le virus sur ses traces, conduisant à des thérapies potentielles et, espérons-le, à la prévention de futures épidémies mortelles.

Les éléments hiérarchiques de la composition musicale (hauteur, gamme, dynamique, tempo) sont analogues aux éléments hiérarchiques de la structure des protéines, selon Buehler. Tout comme la musique a un nombre limité de notes et d’accords et utilise différentes combinaisons pour composer de la musique, les protéines ont un nombre limité de blocs de construction (ses 20 acides aminés) qui peuvent se combiner de plusieurs façons pour créer de nouvelles structures protéiques avec des propriétés uniques . Chaque acide aminé a une signature sonore particulière, semblable à une empreinte digitale.

N’importe quel genre de musique a des motifs « , a déclaré Buehler à Ars l’année dernière. » Vous verrez l’universalité en termes de son, de tons, mais vous verrez également des motifs répétitifs, comme des motifs et des mouvements dans la musique>

Il y a plusieurs années, Buehler a dirigé l’équipe de scientifiques du MIT qui a cartographié la structure moléculaire des protéines dans les fils de soie d’araignée sur la théorie musicale pour produire le « son » de la soie dans l’espoir d’établir une nouvelle façon radicale de créer des protéines de créateurs. Et comme nous l’avons signalé l’année dernière, ils ont ensuite développé un système encore plus avancé de création de musique à partir d’une structure protéique, puis de la reconvertir pour créer de nouvelles protéines jamais vues auparavant dans la nature. L’équipe a également développé une application gratuite pour le smartphone Android, appelée Amino Acid Synthesizer, afin que les utilisateurs puissent créer leurs propres « compositions » de protéines à partir des sons des acides aminés.

« Nos cerveaux sont excellents dans le traitement du son », a récemment expliqué Buehler à MIT News. « D’un seul coup, nos oreilles captent toutes ses caractéristiques hiérarchiques: hauteur, timbre, volume, mélodie, rythme et accords. Nous aurions besoin d’un microscope puissant pour voir les détails équivalents dans une image, et nous ne pourrions jamais voir tout cela à la fois. Le son est un moyen si élégant d’accéder aux informations stockées dans une protéine. « 

Le nouveau coronavirus ne fait pas exception. Comme Buehler l’a récemment déclaré à MIT News:

Son pic de protéines contient trois chaînes de protéines repliées en un motif fascinant. Ces structures sont trop petites pour que l’œil puisse les voir, mais elles peuvent être entendues. Nous avons représenté la structure physique des protéines, avec ses chaînes enchevêtrées, comme des mélodies entrelacées qui forment une composition multicouche. La séquence d’acides aminés de la protéine spike, ses modèles de structure secondaire et ses plis tridimensionnels complexes sont tous présentés. La pièce qui en résulte est une forme de musique de contrepoint, dans laquelle les notes sont jouées contre des notes. Comme une symphonie, les motifs musicaux reflètent la géométrie intersectée de la protéine réalisée en matérialisant son code ADN.

Le virus a une étrange capacité à tromper et à exploiter l’hôte pour sa propre multiplication. Son génome détourne les machines de fabrication de protéines de la cellule hôte et l’oblige à répliquer le génome viral et à produire des protéines virales pour fabriquer de nouveaux virus. En écoutant, vous pourriez être surpris par le ton agréable, voire relaxant, de la musique. Mais il trompe notre oreille de la même manière que le virus trompe nos cellules. C’est un envahisseur déguisé en visiteur amical. Grâce à la musique, nous pouvons voir le pic du SARS-CoV-2 sous un nouvel angle et apprécier l’urgence d’apprendre le langage des protéines.

Selon Buehler, une meilleure compréhension de ces schémas vibratoires sera cruciale pour concevoir des thérapies médicamenteuses efficaces à l’avenir, peut-être en recherchant une protéine avec une mélodie et un rythme similaires qui en feraient un anticorps efficace, limitant ainsi la capacité du virus à infecter les hôtes. Sur un plan plus esthétique, « Cet art musical nous apprend quelque chose sur la frontière entre [the] la beauté de la vie et de la mort comme pôle opposé. «