Muziek en wetenschap: wanneer moleculen in muziek veranderen

Door DNA-sequenties en deeltjestrillingen om te zetten in noten, kunnen onderzoekers ongewone patronen herkennen en gebruiken om muziek te maken. Met deze zogenaamde moleculaire muziek worden wetenschappelijk onderbouwde methoden ontwikkeld die bedoeld zijn om grensverleggende behandelmethoden in bijvoorbeeld de therapie mogelijk te maken. De algoritmische benaderingen zijn inspirerend, de resultaten fascinerend. Het is duidelijk dat muziek de wetenschap veel te bieden heeft…

Sonificatie – omzetting van gegevens in geluiden

Medisch moleculair bioloog Mark Temple deed lange tijd onderzoek naar nieuwe geneesmiddelen voor kankertherapie in zijn laboratorium aan de Western Sydney University. Hij haalde DNA uit cellen en voegde een geneesmiddel toe om te identificeren waar in de chemische volgorde het geneesmiddel bindt. Omdat de interpretatie van de DNA-combinatie visueel overweldigend was, zocht Temple naar een eenvoudigere, gunstigere en tegelijkertijd zinvollere manier om gunstige structuren te identificeren.

Zijn oplossing: de combinatie van akoestische signalen en visuele weergaven. Hij wilde de gegevens horen. Mark Temple creëerde vervolgens zijn eigen systeem om noten toe te kennen aan DNA-elementen. De AI-ondersteunde moleculaire melodie met slechts vier noten maakt het voor hem gemakkelijker om sequentiepatronen te herkennen en op basis daarvan beslissingen te nemen.

De DNA-melodie gespeeld op de piano

Het omzetten van wetenschappelijke data in muziek klinkt innovatief, maar is dat slechts ten dele. Wetenschappers experimenteren al meer dan veertig jaar met het omzetten van biologische gegevens in geluiden. Al in het begin van de jaren tachtig merkte de huidige biomoleculaire ingenieur David Dreamer op dat drie van de vier basen van DNA overeenkomen met letters die ook aan noten kunnen worden toegewezen. Hij deed precies dat; hij matchte en speelde vervolgens de DNA-akkoorden C majeur6 en A mineur7 op de piano. Musici zullen merken dat de akkoorden uit dezelfde tonen bestaan, alleen anders gelaagd. Sindsdien is het een interpretatie van DNA.

De quantummuziek van proteïnen

Rond dezelfde tijd wijdde de Franse natuurkundige Joël Sternheimer zich aan de muziek van proteïnen, die uiteindelijk werd aangeduid als “Sternheimer’s quantummuziek”. Als componist vertaalde hij de trillingsfrequenties van de twintig aminozuren van de proteïnen in muzieknoten en vervolgens in een partituur. Sindsdien zijn er een aantal benaderingen door experts geweest, bijvoorbeeld om de genetische informatie van mensen te ‘musiceren’ in gepersonaliseerde melodieën. Ondertussen is er ook de succesvolle sonicatietechnologie, waarmee hartziekten worden gediagnosticeerd. Getrainde hartspecialisten kunnen deze technologie gebruiken om pathologische veranderingen te diagnosticeren met een nauwkeurigheid van 78 procent.

De muziek van het lichaam, de geluiden van planten

Linda Long, een biochemicus aan de Universiteit van Exeter in het Verenigd Koninkrijk, gebruikt sonicatie om zowel plantaardige proteïnen als menselijke hormonen in muziek om te zetten. Hiervan zijn zelfs twee muziekalbums gemaakt. Afhankelijk van de vorm kristalliseert en röntgen ze proteïnen, waardoor de structuur zichtbaar wordt. De reeks getallen die in dit proces worden geëxtraheerd, vertegenwoordigen de driedimensionale structuur van de proteïnemoleculen. Ze haalt de sequenties door een computerprogramma, waarna de gegevens worden omgezet in muzieknoten. Het resultaat: je kunt de vormen van de proteïnen daadwerkelijk horen. De biochemicus is ervan overtuigd dat moleculaire muziek de verbinding tussen lichaam en geest kan versterken. Volgens Long pakken de liedjes het onderbewuste aan met therapeutische voordelen en kunnen zo het zelfgenezend vermogen bevorderen.

Moleculaire muziek als therapeutisch hulpmiddel

Long werkt ook aan moleculaire muziekstukken voor gebruik in hypnotherapie-sessies. Patiënten zouden bijvoorbeeld ondersteund moeten worden bij het afvallen met muziek die is vertaald uit de vetverbrandende boodschapperstof irisine. En ze gaat zelfs nog een gedurfde stap verder. Long maakt muziek van vertaalde menselijke antistoffen die het Corona-virus neutraliseren. Het doel is om een veerkrachtig immuunsysteem te visualiseren. Haar DNA-muziek is nog niet als therapeutische maatregel gebruikt en het is ook onmogelijk om te zeggen of het werk klinisch relevante eigenschappen heeft. Experts als muziektechnoloog Carla Scaletti zijn sceptisch.

Bemiddeling van antivirale eigenschappen eerder ondenkbaar

Aan de andere kant zijn de onderzoekers het er grotendeels over eens dat muziek en geluiden een diepgaand effect hebben. De stelling dat het luisteren naar een vertaling van de driedimensionale proteïnestructuur als een opeenvolging van tonen de antivirale eigenschappen van de oorspronkelijke proteïne zou kunnen overbrengen, wordt echter sterk betwijfeld. Er zijn echter experts die ervan overtuigd zijn dat de verbinding tussen moleculen en muziek kan worden gebruikt voor nieuwe behandelingsmethoden die verder gaan dan de effecten van muziektherapie.

Hoe een vlam een muziekinstrument wordt

Zo heeft Markus Bühler, materiaalingenieur aan het Massachusetts Institute of Technology en componist van experimentele muziek, een spinnenweb getransformeerd in een ritselende melodie en de trillingen van een vlam in een meditatieve galm van gongs. Zijn stelling: je kunt alles als instrument gebruiken en het zo vertalen in klanken, vooral omdat alles trilt. Met zijn op AI gebaseerde systeem gaat Bühler ook de andere kant op en zet hij muziek om in proteïnen Hij creëerde in deze DNA-sequentie proteïnen die nog nooit eerder in de natuur waren gevonden. Volgens Bühler is het mogelijk om een proteïne te maken die een geoptimaliseerde variant van zichzelf is. De ingenieur is momenteel op zoek naar een proteïne die de houdbaarheid van bederfelijk voedsel kan verlengen.

We zijn benieuwd wat er nog meer mogelijk zal zijn met sonificatie en moleculaire muziek. Heb jij enig idee of wil je iets delen? We kijken uit naar je reactie!

Toon alle blogs door Larry