World

Mengapa Ilmuwan Mengubah Molekul Menjadi Musik | Sains


Ilustrasi DNA dan Musik

Para ilmuwan mengubah tanggal ilmiah, seperti urutan DNA, menjadi suara.
Emily Lankiewicz

Mark Temple, seorang ahli biologi molekuler medis, biasanya menghabiskan banyak waktunya di labnya di Western Sydney University di Australia untuk meneliti obat-obatan baru untuk perawatan kanker. Dia akan mengekstrak DNA dari sel, memasukkannya ke dalam tabung kecil, dan kemudian menambahkan obat untuk melihat di mana itu mengikat sepanjang urutan kimia. Sebelum dia memperkenalkan obat itu, dia akan melihat kombinasi DNA di layar untuk melihat apa yang paling cocok untuk percobaan, tetapi pembacaan visual dari urutannya sering kali berlebihan.

Jadi Temple bertanya-tanya apakah ada cara yang lebih mudah untuk mendeteksi pola yang menguntungkan.

“Saya menyadari bahwa saya ingin mendengar urutannya,” kata Temple, yang juga seorang musisi. “Anda tahu, kombinasi dari beberapa jenis tampilan audio dan tampilan visual jauh lebih kuat daripada keduanya secara terpisah.”

Dia memulai sistemnya sendiri dalam memberikan catatan pada elemen DNA yang berbeda—DNA manusia terbuat dari empat basa yang berbeda, jadi mudah untuk memulai dengan empat nada—dan membuat sedikit penyesuaian dari bahan tabung reaksinya. Trik ini memang membantunya menemukan pola yang lebih baik dalam urutan, katanya, yang memungkinkan dia untuk membuat pilihan yang lebih baik tentang kombinasi DNA mana yang akan digunakan.

Temple bukanlah orang pertama yang mengubah data ilmiah menjadi suara. Dalam 40 tahun terakhir, para peneliti telah beralih dari menjelajahi trik ini sebagai cara yang menyenangkan untuk menemukan pola dalam studi mereka menjadi menggunakannya sebagai panduan untuk penemuan. Beberapa ilmuwan mengubah suara seperti itu menjadi lagu yang mereka katakan dapat menjadi terapi, sementara yang lain membayangkan masa depan di mana suara dapat diubah dan direkayasa ulang untuk membuat materi baru.


Eksperimen pertama di mana para ilmuwan mengubah data biologis menjadi suara dimulai pada awal 1980-an. Di Amerika Serikat, David Deamer, sekarang seorang insinyur biomolekuler di University of California, Santa Cruz, dan seorang pianis, mengatakan bahwa dia sedang berbicara dengan seorang teman peneliti ketika dia pertama kali memperhatikan bahwa tiga dari empat basa DNA bersesuaian dengan huruf-huruf yang juga sesuai dengan not musik: A, G dan C. Dia memutuskan untuk menetapkan not “E” ke dasar “T” dan mulai memainkan not pada piano, hanya untuk menyadari bahwa beberapa dari kombinasi ini sebenarnya mewakili dua akord pada tangga nada musik—C Mayor 6th atau A Minor 7th. Kemudian, dia mengumpulkan beberapa rekannya dan menyusun melodi dari nada-nada ini, yang berpuncak pada kaset berjudul “DNA Suite.” Ini terdiri dari sekitar setengah jam musik berdasarkan gen insulin manusia dan beberapa urutan DNA bakteri. Pada 3 Agustus 1982, Deamer muncul di “Walter Cronkite’s Universe” di CBS dan memainkan lagu DNA-nya di piano.

Sementara itu, di Prancis, dokter dan komposer Joël Sternheimer melakukan hal serupa. Dia mengembangkan kerangka kerja yang berakar pada fisika untuk menuliskan frekuensi getaran yang terkait dengan masing-masing dari 20 asam amino yang membentuk protein menjadi not musik untuk skor.

Sejak itu, para ahli dari berbagai bidang telah ‘memsonifikasi’ virus, hormon, protein, jaring laba-laba dan bahkan api, menggunakan berbagai teknik pada spektrum antara yang digunakan Deamer dan Sternheimer. Beberapa bahkan mengubah usahanya menjadi perusahaan komersial. Komposer Stuart Mitchell mendirikan startup Your DNA Song yang menggunakan metode sonifikasi untuk mengubah informasi genetik individu menjadi nada yang dipersonalisasi.

Komunitas ilmiah telah menyadari bahwa ada beberapa nilai jangka panjang dalam jenis pekerjaan ini. Temple, yang dari percobaan pertama telah menciptakan perangkat lunak algoritmiknya sendiri untuk mengubah data menjadi suara, percaya bahwa musik yang dihasilkan dapat digunakan untuk meningkatkan penelitian dan komunikasi sains.

“Terkadang kami memiliki ribuan titik data dari eksperimen, yang cukup sulit untuk dilihat, tetapi jika Anda dapat melakukan streaming melalui titik data tersebut dalam audio, maka Anda dapat dengan cepat memindainya dan mendengarkan outlier dan mendengarkan perubahan data,” kata Kuil. Dia menyebutkan penelitian di mana para sarjana berhasil mensonifikasi sinyal elektrokardiografi untuk mendiagnosis penyakit jantung: ahli jantung terlatih dapat menemukan anomali dengan akurasi 78 persen setelah pelatihan singkat dengan teknik sonifikasi.

Metode Temple sendiri terdiri dari menugaskan masing-masing individu “basa” DNA—empat blok penyusun DNA manusia, juga dikenal sebagai nukleotida, diberi label dengan huruf A, C, T, G—ke not musik. Dia kemudian mengambil pasangan basa berikutnya, dan memetakannya ke kumpulan nada yang sedikit lebih luas. Akhirnya, ia mengambil triplet basa—yang dalam DNA bertanggung jawab untuk mengubah asam amino—dan memetakannya ke not juga. Sistem ini menghasilkan serangkaian nada bertumpuk, yang dapat diartikan sebagai akord. Dimainkan secara berurutan, akord membuat musik, katanya, dalam proses yang sangat mirip dengan metode Deamer.

“DNA dibaca dalam sel oleh protein yang secara fisik bergerak di sepanjang urutan DNA dalam satu arah, dari awal hingga akhir,” kata Temple. “Ini seperti play-head membaca kaset dari awal sampai akhir.”

Selama pandemi, Temple memutuskan untuk menambahkan lapisan suara untuk membuat sonifikasi menjadi lagu. Dia melihat perbedaan mencolok antara “sonifikasi” dan “musifikasi.” Menggunakan suara untuk merepresentasikan data adalah empiris, dan ilmiah, tetapi sangat berbeda dengan menggunakan input kreatif untuk membuat lagu. Catatan musik dari DNA mungkin melodik di telinga manusia, tetapi tidak terdengar seperti lagu yang Anda dengarkan di radio.

Jadi, ketika dia mencoba untuk mensonifikasi RNA virus corona, dia menambahkan lapisan drum dan gitar, dan meminta beberapa teman musisi menambahkan musik mereka sendiri untuk mengubah virus menjadi lagu post-rock yang lengkap.

Temple melihat karya ini sebagai alat komunikasi yang efektif yang akan membantu khalayak umum memahami sistem yang kompleks dalam sains. Dia telah membawakan lagu-lagunya di depan umum di gedung konser di Australia.

“Ada beberapa jenis aplikasi sains kutu buku yang telah dilakukan orang, tetapi juga memikirkannya dalam hal penjangkauan,” katanya. “Mencoba menyampaikan ide-ide sains di tempat umum untuk menarik orang.”

Dia bukan satu-satunya yang berpikir begitu.

Penelitian terbaru yang dipublikasikan di Jurnal Pendidikan Kimia oleh sekelompok ilmuwan di University of Illinois di Urbana-Champaign bertujuan untuk menguraikan langkah-langkah bagaimana sonifikasi dapat digunakan dalam pengaturan kelas. Para ilmuwan memberikan materi kuliah, tugas pekerjaan rumah dan contoh suara dan video untuk menjelaskan kepada remaja bagaimana protein terlipat.

Demikian pula, Linda Long, seorang ahli biokimia di University of Exeter di Inggris, mengembangkan pameran pendidikan interaktif untuk mengajar kaum muda tentang tubuh manusia. Pameran, yang berlangsung selama 12 tahun di pusat sains lintas batas Bristol, menggunakan layar sentuh musik interaktif untuk mengaitkan suara instrumental dengan protein umum yang ditemukan dalam tubuh.

“Potensi musik untuk menawarkan cara yang sederhana dan inklusif bagi orang-orang untuk terhubung dan terlibat secara emosional dengan sains, alam, dan blok bangunan kehidupan yang membentuk tubuh mereka sangat menarik dan menginspirasi,” kata Long.

Long memberikan suara pada protein—apa yang ditranskripsi dari DNA—menurut bentuknya. Dia menggunakan teknik yang disebut kristalografi sinar-X di mana protein secara harfiah dikristalisasi dan kemudian disinar-X untuk melihat strukturnya secara detail. Proses ini menghasilkan string angka yang mewakili struktur tiga dimensi dari molekul protein. Dengan melewatkan angka-angka ini melalui program komputer, dia mengubahnya menjadi urutan not musik. Jadi, Anda benar-benar dapat “mendengar” bentuk protein, Long menjelaskan. Heliks dalam bentuk protein, misalnya, dapat didengar sebagai arpeggio—nada dari akord yang dimainkan secara berurutan.

Long telah menerjemahkan protein nabati ke dalam musik dalam sebuah album, musik Tanaman, dan telah menerjemahkan hormon manusia ke dalam album musik, musik Tubuh, demikian juga.

“Saya sangat tertarik menggunakan musik molekuler untuk memperkuat koneksi pikiran-tubuh dan untuk mengeksplorasi manfaat terapeutik yang muncul,” kata Long. Dia pikir lagu-lagu itu dapat melibatkan pikiran bawah sadar pendengar, mempromosikan keadaan pikiran yang optimal untuk penyembuhan diri dan menerima terapi.

Misalnya, dia sedang mengerjakan rekaman serangkaian potongan musik molekuler yang dirancang untuk digunakan dalam sesi hipnoterapi untuk membantu pasien dengan penurunan berat badan, dengan menggunakan musik yang diterjemahkan dari hormon pembakar lemak iricin. Dan dia memproduksi lima trek musik yang diterjemahkan dari antibodi manusia yang menetralisir virus corona.

“Tujuan saya adalah agar musik digunakan untuk membantu orang memvisualisasikan sistem kekebalan yang tangguh, sehingga dapat membantu mengurangi perasaan takut dan cemas yang mungkin mereka alami sehubungan dengan pandemi Covid,” kata Long. Belum ada uji klinis yang dilakukan menggunakan musik Long sebagai intervensi terapeutik.

Carla Scaletti, seorang teknolog musik dan anggota Biophysics Sonification Group di University of Illinois di Urbana-Champaign, mencatat bahwa untuk saat ini tidak mungkin untuk mengatakan apakah karya Long memiliki sifat terapeutik yang relevan secara klinis. “Meskipun saya skeptis,” kata Scaletti. “Saya tetap terbuka untuk membaca dan mengevaluasi artikel peer-review yang melaporkan hasil uji klinis ketika mereka memutuskan untuk melakukannya.”

Scaletti mengatakan bahwa suara dan musik dapat memiliki efek mendalam pada kita, dan banyak individu mahir mengatur sendiri suara atau musik yang tepat yang mereka butuhkan untuk menenangkan diri, berbaris ke medan perang, atau tertidur. Tapi itu tidak secara otomatis berarti bahwa mendengarkan terjemahan struktur protein 3-D sebagai urutan nada dapat memberikan sifat antivirus dari protein asli, misalnya.

Markus Buehler, seorang insinyur material di Massachusetts Institute of Technology dan juga seorang musisi dan komposer, percaya persilangan antara molekul dan musik bahkan lebih jauh dari “terapi musik.” Dia mengatakan kita berpotensi menggunakan musik untuk membuat perawatan baru.

Laboratoriumnya di MIT telah mempelajari sonifikasi molekul dengan menangkap getarannya. Karena atom terus-menerus bergetar, ia “merekam” sifat-sifatnya. Kemudian, melalui program komputer, ia mengubah getaran mini ini menjadi suara yang dapat didengar oleh telinga manusia.

Tahun lalu timnya mengubah jaring laba-laba menjadi melodi gemerisik yang menakutkan dan mengubah getaran api menjadi gema gong yang mirip meditasi. Buehler berpendapat bahwa karena segala sesuatu bergetar, kita dapat menggunakan apa saja sebagai instrumen.

“Tentu saja kita membutuhkan teknologi untuk benar-benar menambang informasi itu, kita tidak bisa hanya mengambil pohon atau api dan membuat musik dari itu,” kata Buehler. “Anda harus menggunakan teknologi dan teori matematika untuk melakukan ini, tetapi sekarang Anda memiliki cara menggunakan api sebagai alat musik… Anda dapat berinteraksi dengannya sebagai manusia.”

Buehler juga bekerja dengan sistem sebaliknya. Dia mengubah musik menjadi protein yang sama sekali baru, yang belum pernah ditemukan di alam. Misalnya, dia baru-baru ini mengubah variasi Bach’s Goldberg menjadi protein baru. Dia bilang dia bahkan bisa mengubah protein menjadi musik, dan kemudian melalui musik—mungkin dengan menambahkan riff di sana-sini—meningkatkan protein menjadi variasi yang lebih baik dari dirinya sendiri.

Pada tingkat evolusi, dia bertanya-tanya, siapa yang tahu di mana ini cocok? Mungkin sistemnya dapat membuat protein yang ternyata menjadi pengganti daging, atau protein yang memungkinkan untuk mensintesis obat baru. Sekarang, misalnya, Buehler sedang mencari protein untuk memperpanjang umur simpan makanan yang mudah rusak.

Buehler percaya bahwa karena kreativitas telah menghasilkan varietas musik yang begitu kompleks selama bertahun-tahun—dari klasik hingga tekno—mungkin kreativitas ini dapat diterjemahkan dari pengalaman immaterial dan menyenangkan, ke pengetahuan ilmiah untuk membuat sesuatu menjadi fisik. Seolah-olah dalam melodi yang rumit itu, ada formula tersembunyi untuk menciptakan materi baru.

“Sebenarnya musik memiliki banyak hal untuk ditawarkan kepada komunitas sains. Kami belum benar-benar menambang semua data itu,” kata Buehler.

Artikel ini pertama kali tayang di situs www.smithsonianmag.com

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button