AI 演算法將新冠病毒轉換成音樂,以研究破解其棘狀蛋白結構

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 06 日 15:59 | 分類 AI 人工智慧 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


新冠病毒大流行迫使全球各地實施社交隔離的非常時期,許多人轉而倘佯讓人緊繃身心為之舒緩的古典音樂悠揚音符裡。但對科學家而言,音符也可能為研究這隻讓世界不支倒地的病毒提供新方法。麻省理工學院(MIT)研究人員使用一種稱為「資訊聲音化」(Sonification)的技術,將新型冠狀病毒 Sars-Cov-2 的棘狀蛋白(Spike Protein,又稱 S 蛋白)轉換成音樂。

此音訊 3 月發表在音樂創作分享平台 SoundCloud,目的是為了協助研究人員進一步了解新冠病毒的結構。新冠病毒去年底首次出現在中國,僅 3 個多月,就讓全球 100 萬人被感染。科學家說,隨著時間推移,這種音訊格式可協助開發新藥或找到抵抗病毒作用的抗體。

實驗的核心是棘狀蛋白(病毒表面成分,讓病毒外形猶如皇冠),外觀就如「冠狀病毒」(「Corona」拉丁文之意為皇冠)之名。這種蛋白質是病原體與宿主細胞的結合物,多半位於肺部,其結構和感染細胞的關係有助於理解病毒攻擊人體的運作方式。

人腦擅長處理聲音,愉悅音符可破解病毒狡詐特性

但是,為什麼選擇音樂而不是傳統的病毒比對方式?「我們的大腦非常擅長處理聲音。我們需要一台高倍率顯微鏡才能在圖像看到相同程度的細節,但我們不可能同時看到所有細節。聲音是一種獲取儲存在蛋白質資訊非常優雅的方式。」負責這個專案的 MIT 教授 Markus J Buehler 2 日接受《MIT News》採訪時表示。

「我們也可能使用合成方法製作出可攻擊病毒的藥物。我們可找出能與棘狀蛋白結合抗體的旋律與節奏匹配的新蛋白質,進而干擾新冠病毒的感染能力。」Buehler 補充。

還有更好的譬喻可說明為什麼科學家熱中將病毒結構轉化成聲音。這種「令人愉悅放鬆的聲音」揭穿了「會劫持人體以擴大感染病毒的狡詐特性」,Buehler 對長達約 2 小時音訊《冠狀病毒棘狀蛋白之病毒弦律對位》(發表至音樂共享平台 SoundCloud)的簡介說明寫道。

「資訊聲音化」過程包括將組成蛋白質的氨基酸指派至相應的聲音,方法是以特定音階對某音符移調固定頻率。至於蛋白質其他方面則透過改變音符的音量和音長表示,使之具節奏感。

透過 AI 人工智慧演算法,能將這些樂譜轉換成可顯示氨基酸與蛋白質結構「固有關係」的樂曲,根據 Chi-Hua Yu、Zhao Qin、Francisco J Martin-Martinez 及 Markus J Buehler 等研究人員於美國化學學會(American Chemical SocietyACS)刊物發表的方法論指出,他們提出「資訊聲音化」過程的普遍性指導方針。

這不是第一項透過聲音感測微生物數據資料的研究。2017 年一項將儲存在 DNA 序列資訊轉換成音樂的研究認為,可幫助科學界分析複雜的結構及可能發生的任何突變。3 月一位英國藝術家發表名為《Covid-19 之聲》(Sound of Covid-19)曲子,儘管不具科學用途,但這位藝術家說,此為 Sars-Cov-2 基因組序列轉換而成的音符。

(首圖來源:Markus J Buehler / MIT News