Los músicos están ayudando a los científicos a analizar datos, comprender mejor el plegamiento de proteínas y hacer nuevos descubrimientos bioquímicos a través del sonido. Es más fácil escuchar sonidos que interpretar datos.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign en Estados Unidos está utilizando la sonificación, el uso del sonido para transmitir información, para representar procesos bioquímicos y comprender mejor cómo suceden.
El equipo, formado por el profesor de música y compositor Stephen Andrew Taylor; el profesor de química y biofísico Martin Gruebele; y la compositora y diseñadora de software Carla Scaletti, constituyeron el Grupo de Sonificación de Biofísica en la citada universidad.
El grupo ha experimentado con el uso de sonificación en la investigación de Gruebele sobre los mecanismos físicos del plegamiento de proteínas. Su trabajo permitió a Gruebele hacer un nuevo descubrimiento sobre las formas en que una proteína puede plegarse.
Complementos perfectos
Las composiciones musicales de Taylor han estado influenciadas durante mucho tiempo por la ciencia, y sus obras recientes recogen datos científicos y procesos biológicos. Gruebele también es un músico que construyó su propio órgano de tubos, que toca y usa para componer música.
A través de su empresa, Scaletti ha desarrollado a su vez un software de audio digital y un sistema de diseño de sonido de hardware llamado Kyma, que utilizan muchos músicos e investigadores, incluido Taylor.
Por último, Carla Scaletti ha desarrollado una visualización animada y combinada con sonido que ilustraba un proceso simplificado de plegamiento de proteínas: Gruebele y Taylor la usaron para presentar conceptos clave del proceso y evaluar si esa visualización ayuda a su comprensión.
Así suena el concierto del plegamiento de proteínas, esencial para la vida.
Mejores perspectivas
Los protagonistas de este experimento descubrieron que la sonificación complementaba y reforzaba las visualizaciones y que, incluso para los expertos, ayuda a aumentar la intuición de cómo las proteínas se pliegan o manifiestan en algún momento defectos en el plegamiento.
El plegamiento de proteínas es el proceso por el cuan una proteína soluble alcanza su estructura tridimensional. Cuando no se pliega correctamente, deja de ser funcional y, por lo tanto, no es capaz de cumplir con su función biológica.
Para conocer mejor este proceso, Gruebele y su equipo usaron superordenadores para ejecutar simulaciones de proteínas que se pliegan en una estructura específica, un proceso que se basa en un patrón complejo de muchas interacciones.
Simulación reveladora
La simulación revela las múltiples vías que toman las proteínas a medida que se pliegan, y también muestra cuándo se doblan mal o se atascan en una forma incorrecta, algo que se cree que está relacionado con una serie de enfermedades, como el Alzheimer y el Parkinson.
Los investigadores utilizan los datos de simulación para obtener información sobre el proceso bioquímico de las proteínas. Casi todo el análisis de datos se realiza visualmente, pero las cantidades masivas de datos generados por las informáticas, que representan cientos de miles de variables y millones de momentos en el tiempo, pueden ser muy difíciles de visualizar.
Sin embargo, si este complejo proceso bioquímico se refleja como un sonido, en vez de como una serie de datos, cada vez, por ejemplo, que una molécula de agua toca un aminoácido específico, esa interacción es fácil de escuchar y más fácil de analizar que los datos de la simulación informática.
En el audio digital, todo es un flujo de números, por lo que en realidad es bastante natural tomar un flujo de números y escucharlo como si fuera una grabación digital, explican los investigadores.
Entendiendo el mundo
Taylor y Scaletti utilizan varias técnicas de audio para vincular aspectos de las proteínas con parámetros de sonido, como el tono, el timbre, el volumen y la posición del conjunto bioquímico.
Por ejemplo, el trabajo de Taylor utiliza diferentes tonos e instrumentos para representar cada aminoácido único, así como sus cualidades hidrofóbicas o hidrofílicas.
Los instintos altamente desarrollados de los músicos ayudan a crear la mejor herramienta para usar el sonido para transmitir información, señalan los investigadores.
Y añaden: es una nueva forma de mostrar cómo la música y el sonido pueden ayudarnos a entender el mundo. Los músicos tienen un papel importante que desempeñar, concluyen.
Referencia
Sonification-Enhanced Lattice Model Animations for Teaching the Protein Folding Reaction. Carla Scaletti et al. J. Chem. Educ. 2022, February 16, 2022. DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.1c00857
