Los sonidos del Covid-19
La traducción musical del virus que nos mantiene atrincherados es sólo una parte del trabajo de Markus J. Buehler, un científico que busca descifrar, a través de los sonidos, la materia del mundo invisible que dicta nuestras vidas
POR BERENICE GONZÁLEZ DURAND
Periodista de ciencia
El sonido del arpa de koto, un instrumento de madera formado con 13 cuerdas de diferente tamaño que pertenece a la familia de las cítaras, ayudó a traducir la compleja formación molecular del virus que nos mantiene recluidos. Es imposible observar a simple vista las moléculas que componen prácticamente toda la materia viva. Las células, tejidos y patógenos, como los virus, se convierten en un terreno invisible, pero donde sabemos que habitan organismos que dictan nuestras vidas a su caprichoso antojo.
El Doctor Markus J. Buehler utiliza los privilegios del oído para percibirlos con mayor facilidad. Mediante algoritmos computacionales convierte a los integrantes de este reino nanoscópico en manifestaciones audibles. Es así que apoyado en la ciencia de los materiales, la ingeniería, la mecánica aplicada, las matemáticas y la música, diseña una nueva percepción de los organismos que construyen y deconstruyen nuestra vida, como el virus que hoy parece gobernar al mundo: el SARS-CoV-2. Buehler realizó una representación musical del patógeno codificando la secuencia de aminoácidos y la estructura de su proteína espiga. El resultado se posa en la frontera entre arte y ciencia, pero más allá de la exploración estética, esta sinfonía de casi dos horas de duración que parece más un arrullo que el feroz retrato de un virus, se convierte en la muestra de un escalón científico con muchos usos potenciales, como el desarrollo de fármacos.
Amante de todos los géneros musicales, pero principalmente de la música clásica, Buehler dirige el Laboratorio de Mecánica Atomística y Molecular (LAMM) del Departamento de Ingenieria Civil y Ambiental del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), donde también se desempeña como miembro del Centro de Ciencias e Ingeniería Computacional. Su investigación se centra en la exploración de las propiedades estructurales y mecánicas de diversos materiales, no sólo materiales vivos en nuestro cuerpo, sino otros materiales en la naturaleza con múltiples secretos que pueden resultar útiles para el hombre, como la seda de la telaraña o las conchas de mar. El doctor Buehler nos platica sobre su trabajo más conocido, el uso de modelos computacionales para descifrar y explicar fenómenos en materiales complejos en biología e ingeniería.
¿Cuáles son los privilegios del oído sobre la vista cuando se intenta descifrar las propiedades de una molécula, como una proteína, por ejemplo?
Nuestro cerebro es excelente para procesar el sonido. La música ha sido una forma de construir modelos de fenómenos realmente complejos, pues el oído nos brinda una conexión directa con el cerebro humano. En un barrido, en un movimiento donde se toca una sucesión de notas con mucha rapidez, nuestros oídos captan con facilidad todas sus características jerárquicas: tono, timbre, volumen, melodía, ritmo y acordes. Necesitaríamos un microscopio de alta potencia para ver el detalle equivalente en una imagen, y nunca podríamos verlo todo de una vez. En cambio, el sonido es una forma más elegante de acceder a la información almacenada en una proteína.
¿Qué papel juega la Inteligencia Artificial (IA) en esta relación simbiótica entre ciencia y música que caracteriza su trabajo?
Con IA podemos combinar estos conceptos y usar vibraciones moleculares y redes neuronales para construir nuevas formas musicales. Hemos estado trabajando en métodos para convertir las estructuras de proteínas en representaciones audibles y posteriormente traducir estas representaciones en nuevos materiales. Así como estoy interesado en comprender cómo se crea la música; en el caso de los materiales, mi interés es entender cómo la naturaleza crea materiales. Descubrí que la generación de música y materiales es bastante similar y que existen principios unificadores en estos dominios distintos. Por lo tanto, he estado tratando de conectarlos en mi investigación, no sólo encontrando formas de hacer nuevos sonidos a partir de los movimientos de las moléculas, sino también viendo lo que podemos aprender de la música que se escribió sin una aplicación de sonificación. En este sentido, también me interesa saber qué podemos descubrir a través de la sorprendente abstracción realizada en la mente de un compositor y cuál es su impacto físico en nuestro cuerpo.
¿Cómo se hizo la música de casi dos horas de duración con la proteína 19-nCoV (https://soundcloud.com/user-275864738/viral-counterpoint-of-the-coronavirus-spike-protein-2019-ncov)?¿qué determina la sucesión de acordes que parecen provenir principalmente de arpas?
La proteína espiga del virus contiene tres cadenas dobladas con un intrigante patrón. Estas estructuras son demasiado pequeñas para que el ojo las vea, pero se pueden escuchar. Buscamos representar la estructura física de la proteína, con sus cadenas entrelazadas, como melodías entrelazadas que forman una composición de varias capas. También se presenta la secuencia de aminoácidos de la proteína espiga, sus patrones de estructura secundaria y sus intrincados pliegues tridimensionales. La pieza resultante es una forma de música de contrapunto, en la que las notas se tocan unas con otras.
¿Por qué suena como una sinfonía y no como otro tipo de composición musical?
Mediante una sinfonía, los patrones musicales pueden reflejar la geometría de intersección de la proteína realizada al materializar su código de ADN. Para hacer eso, analizamos la estructura vibracional de la proteína espiga que infecta al huésped. El virus tiene una extraña habilidad para engañar y explotar al huésped para su propia multiplicación. Su genoma secuestra la maquinaria de fabricación de proteínas de la célula huésped y la obliga a replicar el genoma viral y producir proteínas virales para producir nuevos virus. La música puede sorprender por su tono agradable e incluso relajante, pero engaña a nuestro oído de la misma manera que el virus engaña a nuestras células: es un invasor disfrazado de visitante amigable. A través de la música, podemos percibir el SARS-CoV-2 desde un nuevo ángulo y apreciar la urgente necesidad de aprender el lenguaje de las proteínas. Podría haber diferentes formas de expresar su estructura. La intención es que se puedan escuchar claramente las muchas líneas de melodía entrelazadas que reflejan la estructura compleja y grande de la proteína; para lograr esto elegimos un arpa de koto, debido a su claridad de sonido. La evolución de la pieza refleja la organización de esta proteína y las cualidades emotivas innatas se deben a la composición real de la secuencia.
En este tipo de trabajo, ¿dónde estarían las claves para detener un virus como el que mantiene a la humanidad encerrada hoy?
Comprender estos patrones vibratorios es fundamental para el diseño de medicamentos y mucho más. Las vibraciones pueden cambiar a medida que las temperaturas se calientan, por ejemplo, y también pueden decirnos por qué la proteína espiga del SARS-CoV-2 gravita hacia las células humanas más que otros virus. Estamos explorando estas preguntas en una investigación actual y continua en el MIT. También podríamos usar un enfoque compositivo para diseñar medicamentos para atacar el virus. Podríamos buscar una nueva proteína que coincida con la melodía y el ritmo de un anticuerpo capaz de unirse a la proteína espiga para interferir su capacidad de infectar.
La ciencia y el arte han tenido una relación histórica de reciprocidad que a menudo no es fácil de mostrar a los demás, ¿qué dificultades se ha encontrado en el camino para intentar que otros puedan entender este proceso no sólo como un trabajo de reflexión estética, sino como un proceso para el desarrollo científico?
La música es un lenguaje universal que conecta a las personas en todo el mundo. La relación entre la música y la ciencia es bastante natural, ya que ambos son modelos para expresar sistemas jerárquicos complejos; ambos pueden producir modelos de cómo nuestro cuerpo, nuestro cerebro, funciona estructuralmente. Mi trabajo ha explorado el uso de las características físicas reales de las proteínas que construyen nuestro cuerpo y otras formas de vida para generar sonido. Creo que esto ofrece una conexión aún más estrecha para construir puentes con los que podemos cruzar escalas y especies.
Pienso en la música como un reflejo algorítmico de la estructura. Las Variaciones Goldberg (1741) de Bach, por ejemplo, son una realización brillante del contrapunto, un principio que también hemos encontrado en las proteínas. Actualmente podemos escuchar este concepto compuesto por la naturaleza y compararlo con ideas que están inscritas en nuestra imaginación, o usar la IA para dejar que imagine nuevas estructuras. La expresión artística es sólo un modelo del mundo dentro de nosotros y de nuestro alrededor. Y debido a eso, la música es una excelente manera de interactuar con la ciencia y aprender sobre la ciencia. Este tipo de trabajo ha abierto la puerta no sólo para que muchas personas entiendan qué son las proteínas, sino también ofrece una nueva forma de ver datos y conceptos científicos, de trasmitir singularidades.
