哼唱一段旋律，AI就能缔造一种“全新”卵白质

卵白质在生掷中的重要作用不言而喻，它是生命的基石。而我们机体内合成卵白质的历程也是相当庞大，不仅涉及到氨基酸活化等一系列历程，还受体内种种生化物质的调控。此外，卵白质庞大的三维折叠结构，让想要人工合成卵白质的科学家们望而却步。

当地时间 3 月 17 日，麻省理工学院科学家们带来了一个新结果，他们将卵白质的庞大结构转化成曲谱，随后给予电脑一个种子序列，人工智能系统就能设计出一种自然界中从未见过的 “全新” 卵白质。

他们发现这个 “全新” 卵白质不仅具有折叠结构，而且比力稳定。此外，这种 “全新” 卵白在自然界中从未发现。可以说，该研究为制造卵白质提供了一种奇特的方法。该研究结果揭晓在 APL Bioengineering中。

该研究作者，麻省理工学院的 Markus J. Buehler 表现，这样一种方法为制造全新的生物质料铺平了门路。好比人们在自然界中发现了一种卵白酶，就可以通过这种方法革新催化效率或发生新的卵白变异。

众所周知，氨基酸是组成卵白质的基本单元，要想人工制造出卵白质，要么模拟现有的卵白质，要么手工编辑组成卵白质的氨基酸序列，可是这两个历程都十分耗时，而且改变氨基酸序列后对整个卵白质结构和功效会发生什么影响，也很难预测。

“卵白质一定有它自己的语言。”Buehler 说。鉴于此，该团队实验将卵白质语言翻译成人们更容易明白的另一种形式——音乐，与音乐一样，卵白质的结构也是分层的，在差别的长度或时间尺度上有差别的结构条理。

鉴于组成卵白质的 20 种氨基酸，都有一个奇特的振动频率（量子化学理论盘算），因此整个卵白质的化学结构能够通过音乐理论中的音符、音量、旋律和节奏来形貌。

该团队已于去年 6 月份乐成开发出一套可以将卵白质分子结构转化为声音的系统，该研究其时揭晓在 ACS Nano 杂志。

该系统能够将自然界 20 种氨基酸转换成 20 个音调的音节，也就是说，组成任何一种卵白质的氨基酸序列都能转换成一串音符。而卵白质庞大的结构和功效信息也就编码在一段旋律的音调、音量和连续时间等维度中。

通过音乐来设计由氨基酸组成的卵白质

然后，研究人员使用人工智能系统来研究多种差别卵白质发生的旋律，他们让人工智能系统在音乐序列中引入微小的变化，随后将声音翻译回相对应的氨基酸序列。在生成卵白的历程中，差别音乐的变化可通过控制温度参数来实现。

通过这个历程，研究人员能够缔造现有卵白质的变体，例如基于在自然界最强质料之一的蜘蛛丝中发现的一种卵白质，来制造出差别于任何生物进化发生的更强大的卵白质。

而在今天揭晓的这项研究中，研究人员使用卵白质折叠方式发生的特定声音来训练人工智能系统，当系统学会明白折叠卵白的庞大语言后，他们给予系统一个种子序列，随后人工智能系统凭据这个初始序列推断并设计出一种 “全新” 卵白。

那么这个 “全新” 的卵白是否存在与自然界中，是我们认识的已知卵白质呢？

该研究团队通过将这个 “全新” 卵白与所有现在已知卵白信息的大型数据库举行比力，并使用普通模式分析其分子动力学和特征，最终证实通过人工智能设计的 “全新” 卵白在自然界中尚未发现，而且这种 “全新” 卵白质具有稳定的折叠结构。

此外，研究人员发现，通过阐明卵白质的节奏和音调，也有助于在古典音乐中缔造新的作曲技巧，这个方法被 Buehler 称为 materiomusic。他表现，“在卵白质数成千上万的进化历程中，自然界也给我们提供了声音如何组合的新思路”。

大家也可以一起听一下研究人员合成的一些卵白质音乐：https://soundcloud.com/user-275864738