Mark Temple, un biologiste moléculaire médical, passait beaucoup de temps dans son laboratoire à l'Université Western Sydney en Australie à la recherche de nouveaux médicaments pour les traitements contre le cancer.Il extrait de l'ADN des cellules, le mettait dans de petits tubes, puis ajoutait un médicament pour voir où il se liait le long de la séquence chimique.Avant de présenter le médicament, il regardait les combinaisons d'ADN sur un écran pour voir ce qui pourrait fonctionner le mieux pour l'expérience, mais la lecture visuelle des séquences était souvent écrasante.
Alors Temple s'est demandé s'il y avait un moyen plus facile de détecter les modèles favorables.
“I realized I wanted to hear the sequence," says Temple, who is also a musician.«Vous savez, la combinaison d'une sorte d'affichage audio et d'un affichage visuel est beaucoup plus puissant que l'une ou l'autre isolement."
Il a commencé son propre système d'attribution de notes aux différents éléments de l'ADN - l'ADN humain est composé de quatre bases distinctes, il était donc facile de commencer avec quatre notes - et a fait un petit réglage de ses matériaux de tube de test.Cette astuce l'a en effet aidé à mieux repérer les modèles dans les séquences, dit-il, ce qui lui a permis de faire de meilleurs choix sur les combinaisons d'ADN à utiliser.
Le temple n'est pas la première personne à transformer les données scientifiques en son.Au cours des 40 dernières années, les chercheurs sont passés de l'exploration de cette astuce comme une façon amusante de repérer les modèles de leurs études à l'utiliser comme guide de la découverte.Certains scientifiques transforment ces sons en chansons qui, selon eux, peuvent être thérapeutiques, tandis que d'autres imaginent un avenir où les sons peuvent être modifiés et ingérés pour faire de nouveaux matériaux.
Les premières expériences dans lesquelles les scientifiques ont transformé les données biologiques en son ont commencé au début des années 1980.Aux États-Unis, David Deamer, maintenant ingénieur biomoléculaire à l'Université de Californie à Santa Cruz, et un pianiste, dit qu'il parlait avec un ami chercheur lorsqu'il a remarqué pour la première fois que trois des quatre bases d'ADN correspondent à des lettres quicorrespondent également aux notes de musique: a, g et c. He decided to assign the note “E" to the base “T" and started playing the notes on the piano, only to realize that some of these combinations actually represent two chords on the musical scale—C Major 6th or A Minor 7th.Plus tard, il a rassemblé quelques collègues et composé des mélodies à partir de ces notes, culminant dans une cassette qu'ils ont intitulée «ADN Suite." It consisted of about half an hour of music based on the human insulin gene and some bacterial DNA sequences. On August 3, 1982, Deamer appeared on “Walter Cronkite’s Universe" on CBS and played his DNA songs on piano.
En attendant, en France, le médecin et compositeur Joël Sternheimer faisait quelque chose de similaire.Il développait un cadre enraciné dans la physique pour transcrire les fréquences vibratoires associées à chacun des 20 acides aminés qui composent les protéines en notes de musique pour une partition.
Depuis lors, les experts de divers domaines ont des virus, des hormones, des protéines, des ewebs d'araignée et même des flammes, en utilisant une variété de techniques sur le spectre entre ce que Deamer et Sternheimer ont utilisé.Certains ont même transformé leurs efforts en entreprises commerciales.Le compositeur Stuart Mitchell a fondé le démarrage de votre chanson d'ADN qui utilise une méthode de sonification pour transformer les informations génétiques d'un individu en un air personnalisé.
La communauté scientifique a réalisé qu'il y a une valeur à long terme dans ce type de travail.Temple, qui de cette première expérience a créé son propre logiciel algorithmique pour convertir les données en son, pense que la musique résultante peut être utilisée pour améliorer la recherche et la communication scientifique.
“Sometimes we have thousands of data points from experiments, which is quite hard to look at, but if you can stream through those data points in audio, then you can quickly scan them and listen for outliers and listen for changes in the data," says Temple.Il mentionne des recherches dans lesquelles les chercheurs ont réussi à diagnostiquer les maladies cardiaques: les cardiologues formés pourraient repérer des anomalies avec une précision de 78% après une courte formation avec la technique de la sonification.
Temple’s own method consists of assigning each individual DNA “base"—the four building blocks of human DNA, also known as nucleotides, labeled with the letters A, C, T, G—to a musical note.Il prend ensuite des paires de bases ultérieures et les mappe à une collection légèrement plus large de notes.Enfin, il prend des triplets de bases - qui dans l'ADN sont responsables de la conversion des acides aminés - et les mappe à des notes aussi.Ce système produit une série de notes empilées, qui peuvent être interprétées comme des accords.Joué en séquence, les accords font de la musique, dit-il, dans un processus très similaire à la méthode du Deamer.
“DNA is read in the cell by proteins that physically move along the DNA sequence in one direction, from start to end," says Temple.«C'est comme une tête de jeu en lisant une cassette du début à la fin."
SmithsonianMag · Coronavirus Spike Protein MusificationPendant la pandémie, Temple a décidé d'ajouter des couches de son pour transformer la sonification en chansons. He sees a stark difference between “sonification" and “musification." Using sound to represent data is empirical, and scientific, but very different from using creative input to make songs.Les notes musicales de l'ADN sont peut-être mélodiques à l'oreille humaine, mais elles ne ressemblent pas à une chanson que vous écoutez à la radio.
Ainsi, quand il a essayé de Sonifier l'ARN du coronavirus, il a ajouté des couches de batterie et de guitare, et a fait ajouter des amis musiciens pour transformer le virus en une chanson post-rock à part entière.
SmithsonianMag · Coronavirus Spike Protein MusificationTemple sees this work as an effective communication tool that will help a general audience understand complex systems in science. He has performed his songs in public at concert halls in Australia.
“There's some of the sort of nerdy science applications that people have been doing, but also think about it in terms of outreach as well," he says.«Essayer de traverser des idées scientifiques dans un cadre public pour attirer les gens."
Il n'est pas le seul à le penser.
Recent research published in the Journal of Chemical Education by a group of scientists at the University of Illinois at Urbana-Champaign aims to spell out the steps for how sonification can be used in a classroom setting.Les scientifiques fournissent du matériel de conférence, des devoirs et des exemples sonores et vidéo pour expliquer aux adolescents comment se pliernt les protéines.
SmithsonianMag · Protein Folding SonificationDe même, Linda Long, biochimiste à l'Université d'Exeter au Royaume-Uni, a développé une exposition éducative interactive pour enseigner aux jeunes le corps humain.L'exposition, qui s'est déroulée pendant 12 ans au Bristol’s Cross-Boundary Science Center, a utilisé un écran tactile musical interactif pour associer des sons instrumentaux à des protéines communes trouvées dans le corps.
“The potential for music to offer a simple and inclusive way for people to connect and emotionally engage with science, nature and the very building blocks of life that make up their bodies is exciting and inspiring," says Long.
Long attribue des sons aux protéines - ce qui est transcrit de l'ADN - selon leur forme.Elle utilise une technique appelée cristallographie aux rayons X dans laquelle une protéine est littéralement cristallisée puis radiographiée pour voir sa structure en détail.Ce processus produit des chaînes de nombres représentant la structure tridimensionnelle de la molécule protéique.En passant ces chiffres via un programme informatique, elle les convertit en une séquence de notes de musique. So, you can actually “hear" the shapes of the proteins, Long explains.Les hélices dans les formes de protéines, par exemple, peuvent être entendues comme des arpèges - notes d'un accord joué en séquence.
SmithsonianMag · Sonification of the Thyroid HormoneLong has translated plant proteins into music in an album, Music of the Plants, and has translated human hormones into a music album, Music of the Body, as well.
“I am particularly interested in using molecular music to strengthen mind-body connection and to explore any arising therapeutic benefits," says Long.Elle pense que les chansons peuvent engager l'esprit subconscient d'un auditeur, faisant la promotion d'un état d'esprit optimal pour l'auto-guérison et la réception de la thérapie.
Par exemple, elle travaille sur l'enregistrement d'une série de pièces de musique moléculaire adaptées à une utilisation dans des séances d'hypnothérapie pour aider les patients souffrant de perte de poids, en utilisant de la musique traduite à partir de l'hormone à combustion de la graisse iricine.Et elle produit cinq morceaux de musique traduits des anticorps humains qui neutralisent le coronavirus.
“My intention is for the music to be used to help people visualize a resilient immune system, so as to help reduce any feelings of fear and anxiety they may be experiencing in relation to the Covid pandemic," Long says.Aucun essai clinique n'a encore été effectué en utilisant la musique de Long comme une intervention thérapeutique.
Carla Scaletti, technologue de la musique et membre du groupe de sonification de la biophysique de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, note qu'il est impossible de dire si le travail de Long a des propriétés thérapeutiques cliniquement pertinentes. “Although I am skeptical," says Scaletti.«Je reste ouvert à la lecture et à l'évaluation d'un article révisé par des pairs sur les résultats d'un essai clinique lorsqu'ils décident d'en faire un."
Scaletti dit que les sons et la musique peuvent avoir des effets profonds sur nous, et de nombreuses personnes sont aptes à s'auto-administrer juste les bons sons ou la musique dont ils ont besoin pour se calmer, marcher dans la bataille ou s'endormir.Mais cela ne signifie pas automatiquement que l'écoute d'une traduction d'une structure protéique 3D comme séquence de tons pourrait transmettre les propriétés antivirales de la protéine d'origine, par exemple.
Markus Buehler, ingénieur des matériaux au Massachusetts Institute of Technology et également musicien et compositeur, pense que le croisement entre molécules et musique va encore plus loin que «la musicothérapie." He says we could potentially use music to make new treatments.
Son laboratoire au MIT a étudié la sonification des molécules en capturant leurs vibrations. Since atoms are constantly vibrating, he “recorded" their properties.Ensuite, via un programme informatique, il transforme ces mini-vibrations en sons audibles pour l'oreille humaine.
L'année dernière, son équipe a sonné une araignée en une mélodie étrange de bruisstes et a transformé la vibration d'une flamme en une réverbération de méditation de gongs.Buehler soutient que parce que tout vibre, nous pouvons utiliser n'importe quoi comme instrument.
“Of course we need technology to actually mine that information, we can't just literally take a tree or fire and make music from that," Buehler says.«Vous devez utiliser les technologies et la théorie mathématique pour ce faire, mais maintenant vous avez une façon d'utiliser une flamme comme instrument de musique… vous pouvez interagir avec lui en tant qu'humain."
Markus J. Buehler · Concerto of a De Novo Protein Designed using Artificial IntelligenceBuehler a également travaillé le système dans l'autre sens.Il est converti de la musique en protéines entièrement nouvelles, jamais trouvées auparavant dans la nature.Par exemple, il a récemment converti une variation de Goldberg de Bach en de nouvelles protéines.Il dit qu'il peut même aller jusqu'à transformer une protéine en musique, puis à travers la musique - peut-être en ajoutant un riff ici et là - imprègne que la protéine soit une meilleure variation de lui-même.
Sur le plan évolutif, il se demande, qui sait où cela s'applique?Peut-être que son système pourrait créer une protéine qui se révèle être un substitut à la viande, ou une protéine à partir de laquelle il est possible de synthétiser un nouveau médicament.Maintenant, par exemple, Buehler recherche une protéine pour étendre la durée de conservation des aliments périssables.
Buehler estime que puisque la créativité a conduit à des variétés de musique aussi complexes au fil des ans - du classique à la techno - peut-être que cette créativité pourrait être traduite d'une expérience immatérielle et agréable à la connaissance scientifique pour rendre quelque chose de physique.Comme dans ces mélodies complexes, il existe des formules cachées pour créer de nouveaux matériaux.
«En fait, la musique a beaucoup à offrir à la communauté scientifique. We haven't really mined all that data yet," says Buehler.
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