;
Наука 26 мая 2022

Послушайте, как звучит ДНК: объясняем, зачем из генома сделали музыку

Далее

Из последовательностей ДНК и колебаний частиц можно сделать ноты. Так исследователи могу распознавать невидимые паттерны и даже создавать песни.

Звуки ДНК и рок-музыка из коронавируса — все это ученые смогли записать, и теперь послушать это может любой желающий.


Музыка из ДНК. Как это возможно?

Марк Темпл, медицинский молекулярный биолог, исследовал новые лекарства для лечения рака: извлекал ДНК из клеток, помещал ее в маленькие пробирки, а затем добавлял лекарство, чтобы посмотреть, как они взаимодействуют.

Прежде, чем вводить препарат, он просматривал комбинации ДНК на экране, чтобы понять, что может лучше всего подойти для эксперимента. Но это долгий процесс. Поэтому Темпл задался вопросом, есть ли более простой способ обнаружить нужные закономерности в ДНК.

«Я понял, что хочу услышать, как звучит последовательность данных. Комбинация изображения и звука — это мощный инструмент для анализа информации», — заявил Темпл.

Он создал свою собственную систему, по которой присваивал ноты различным элементам ДНК. Человеческий геном состоит из четырех различных оснований, поэтому было легко начать с четырех нот — в результате получилась небольшая мелодия на основе материалов из пробирки. По его словам, этот трюк действительно помог лучше выявлять закономерности в последовательностях и эффективнее выбирать, какие комбинации ДНК использовать.

Кто-то еще превращал данные ДНК в звук?

Да, Темпл — не первый человек, который к этому пришел. За последние 40 лет исследователи использовали этот трюк, чтобы выявлять нужные закономерности в ДНК, а позже начали использовать это для совсем разных целей. 

Некоторые ученые превращают такие звуки в песни, которые, по их словам, могут создавать терапевтический эффект. Другие представляют себе будущее, в котором звуки можно изменить и переработать для создания новых данных.

Первые эксперименты, в ходе которых ученые превращали биологические данные в звук, начались в начале 1980-х годов. В США Дэвид Димер, который сегодня является инженером в Калифорнийском университете, заявил, что разговаривал с другом, когда впервые заметил, что три из четырех оснований ДНК соответствуют первым буквам музыкальных нот: A, G и С («до», «соль» и «ля», соответственно).

Он начал играть ноты на пианино и выяснил, что некоторые из этих комбинаций на самом деле представляют собой два аккорда в музыкальной гамме. Позже он собрал пару коллег и сочинил на основе этого мелодии. В результате получилась кассета с названием DNA Suite. На ней была 30-минутная запись музыки, основанная на гене человеческого инсулина и некоторых последовательностях бактериальной ДНК.

Еще композитор Стюарт Митчелл основал стартап Your DNA Song, который использует метод обработки звука для превращения генетической информации человека в персонализированную мелодию. Так научное сообщество пришло к выводу, что такую обработку можно применить для совершенно разных целей. 

Зачем делать из данных музыку, чем это полезно?

Темпл, уже после своего первого эксперимента, создал собственное алгоритмическое ПО, которое делает из данных звук. По его словам, полученную в результате музыку можно использовать, чтобы улучшить научные исследования. 

«Иногда у нас есть тысячи единиц данных, которые сложно как-то обработать. Но если сделать из этого звук, то получится проанализировать их в совершенно другой плоскости», — заявил Темпл. 

Он рассказал об исследовании, в ходе которого ученые успешно использовали звуковые сигналы электрокардиографии для диагностики сердечных заболеваний: опытные кардиологи могли выявлять аномалии с 78-процентной точностью после короткого обучения технике обработки ультразвуком.

Как сделать из ДНК звук?

Метод Темпла состоит в том, что каждому отдельному основанию ДНК или четырем строительным блокам генома человека, — A, C, T, G — присваивается по ноте. Затем нужно взять следующую пару оснований и сопоставить ее с оставшимся набором. 

Дальше Темпл берет триплеты оснований, которые в ДНК отвечают за превращение аминокислот, и тоже сопоставляет их с нотами. В результате получаются сочетания нот, которые можно интерпретировать как аккорды. По его словам, сыгранные последовательно аккорды создают музыку.

Позже Темпл решил сделать из этих звуков музыку. Он отметил, что есть большая разница в том, что такое мелодия и просто озвученные данные. Если использовать звук для представления данных, — это эмпирический и научный подход. Музыкальные «ноты» на основе ДНК могут быть мелодичными для человеческого уха, но они не звучат как песня, которая играет по радио.

Поэтому, когда он попытался обработать РНК коронавируса ультразвуком, то добавил слой барабанов и гитару, а его друзья-музыканты наложили на это свою собственную музыку, чтобы превратить вирус в полноценную рок-музыку.

Пока что у таких подходов нет большого количества последователей, но ученые надеются, что такой необычных подход к преобразованию данных привлечет к научной деятельности больше школьников и молодых специалистов.

Читать далее

Гравитации и темной материи не существует: главное о новой работе физиков

Во Вселенной происходит что-то странное: как объяснить нестыковки в постоянной Хаббла

Почему Болонскую систему образования хотят отменять в России на самом деле