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23 octubre 2018

Los Ohno y la música de los genes

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A lo largo del siglo XX en los genes se ha “encontrado” (o se ha querido encontrar) casi de todo, incluso música. En este sentido, en el año 1986 el matrimonio japonés (nacionalizado estadounidense) formado por el científico Susumu Ohno y su mujer Midori Aoyama, cantante lírica, publicaron un artículo en el que trasladaron al pentagrama la secuencia nucleotídica de algunos genes. Cuando se cumplen 90 años del nacimiento del Doctor Ohno es interesante analizar a dónde ha conducido la idea de musicalizar los genes, incluyendo algunas propuestas recientes para utilizar la música de los genes y el genoma con fines científicos y médicos.

Los Ohno y la música de los genes

Antes de 1986 Susumu Ohno ya había desarrollado una interesante carrera como genetista en la que destaca su propuesta sobre el mecanismo por el que se han hecho más complejos los genes y los genomas, e incluso por el que se han originado nuevos genes a lo largo de la evolución: mediante la repetición de los fragmentos de los genes y de los propios genes y genomas, y la posterior diferenciación de algunas copias con respecto a los originales.

Precisamente, las observaciones de que en los genes y genomas de los seres vivos hay mucha repetición y redundancia y que en la música también hay repetición de diferentes patrones fueron las que hicieron pensar a Ohno en la posibilidad de “escuchar” cómo sonaban musicalmente los genes. Y ahí fue donde su mujer Midori Aoyama aportó sus conocimientos musicales.

Así, en el artículo del año 1986 firmado por ambos (1), propusieron asignar dos posiciones consecutivas de la escala musical (de las más bajas a las más altas: do, re, mi, fa, sol, la, si a cada una de las 4 bases nucleotídicas del ADN en orden ascendente de Adenina, a Guanina, Timina, Citosina: con los nucleótidos más pesados –A, G– asignados a las notas más bajas en la escala y los menos pesados –T,C– a las más altas (FIGURA 2). Y como esta transformación no produce música “per se” aplicaron a los diversos motivos repetidos existentes dentro de los genes varias melodías similares a las existentes en composiciones musicales clásicas, cada una con su clave, tiempo y ritmo diferente, y escogieron finalmente las que mejor les sonaban. De esta forma, transformaron en música fragmentos de genes como el gen de la enzima glicerol fosfato deshidrogenasa (FIGURA 3).

Transformación musical realizada por Ohno & Ohno de un fragmento del gen de la fosfoglicerato kinasa humana.

A los Ohno les hacía falta mucha “cocina” para obtener su música y, aunque, para algunos esta música tiene valores estéticos (para el propio Ohno, algunos genes sonaban como una marcha fúnebre y otros como una canción de cuna), para otros no suena nada bien y tiene poca utilidad científica.

La música de los genes en la actualidad

Desde los Ohno han sido muchos los intentos por transformar en música la información contenida en los genes, y no sólo a partir de su secuencia nucleotídica sino también de la aminoacídica e incluso, se han tenido en cuenta las modificaciones epigenéticas que experimentan los nucleótidos.

En el caso de los nucleótidos, ha habido muchas propuestas que van desde utilizar solo 4 notas musicales de la escala para cada una de las 4 bases nucleotídicas a otras que parten de combinaciones de dinucleótidos o trinucleótidos. Y para tratar de recoger musicalmente las modificaciones epigenéticas que experimenta el ADN (fundamentalmente la adición de un grupo metilo CH3 a determinadas Citosina lo que puede cambiar la expresión de los genes) lo que se ha hecho es modular la nota asignada a la Citosina, con un bemol, por ejemplo que cambia su nota. A modo de ejemplo, en el siguiente vídeo se puede escuchar cómo suena al piano un fragmento de un gen de la inmunoglobulina según los Ohno.

En cuanto a los aminoácidos de las proteínas que surgen de los genes, el problema es que hay más aminoácidos (20) que notas de la escala musical básica (7). Para solucionarlo, lo que se ha hecho es, por un lado utilizar la escala musical ampliada hasta 12 notas, añadiendo alteraciones –bemoles o sostenidos– a cada nota. Y por otro, se ha asignado la misma nota musical a los aminoácidos que son similares. Por ejemplo, se les ha dado la misma nota musical básica a la leucina y la isoleucina, pero distinguiendo un aminoácido de otro porque a un aminoácido se le identifica con la nota musical básica y al otro con la invertida en la escala musical. Por último, se han asignado las notas más bajas en la escala musical a los aminoácidos hidrofóbicos (alanina, valina…) y las más altas a los hidrófilos (serina, treonina…).

Además, hay propuestas en las que a los distintos aminoácidos, como a los distintos nucleótidos, en vez de notas musicales se les han asignado diferentes acordes (combinaciones de varias notas). Asimismo, tanto en el caso de los aminoácidos como de los nucleótidos, a veces se ha intentado su transformación musical basándose, más que en ellos mismos, en sus propiedades físicas y en las de las estructuras que adquieren las macromoléculas –proteínas y el ADN– de las que forman parte: hélices, vueltas etc. Y también en ambos casos, además de realizarse la transformación musical de forma manual, se han utilizado algoritmos computerizados que han hecho más rápido y objetivo el proceso.

Siguiendo estas ideas se han realizado muchas transformaciones musicales de las secuencias de nucleótidos y aminoácidos de los genes (2). En todos estos intentos persiste la necesidad de unos arreglos (nunca mejor dicho) posteriores por parte de los autores, añadiendo melodías, claves, ritmos, tempo, compases, etc. para que los genes suenen musicalmente bien. Quizás por ello es por lo que ha habido algunos críticos de este tipo de música, que hablan de que se trata más bien de música en los genes que de música de los genes.

Para qué sirven las “partituras” de los genes

En algunos casos se ha tratado de utilizar las transformaciones musicales de las secuencias nucleotídicas y/o aminoacídicas para llegar a conclusiones médico-científicas (3). Así, por ejemplo, la comparación de cómo suenan algunos genes en su versión normal con sus versiones mutadas puede servir para detectar ciertos casos de cáncer, como el de próstata y enfermedades como la de Huntington. Estos estudios también pueden servir para detectar cambios de expresión de genes relacionados con ciertas enfermedades, e incluso para poder distinguir los gemelos monocigóticos genéticamente idénticos, lo que puede tener interés médico-forense. Y yendo más allá de los aspectos médicos, la comparación de las transformaciones musicales de los genes puede servir, por ejemplo, para establecer similitudes filogenéticas; o la integración de las transformaciones musicales de los genes de los ecosistemas microbianos marinos en un momento o lugar dado pueden servir para detectar cómo varían tales ecosistemas en el tiempo y en el espacio.

En último término, para demostrar que la música producida por el ADN se puedeutilizar de forma directa como herramienta científica más allá de su posible valor estético, existen propuestas más radicales como la efectuada recientemente por parte de un científico australiano llamado M.D. Temple que ha empleado la técnica de la sonificación (4). Para ello, las notas musicales producidas a partir de las secuencias nucleotídicas de los genes se analizan directamente sin más arreglos y de forma computarizada mediante diferentes algoritmos basados en reglas biológicas (Figura 4). En concreto el algoritmo basado en trinucleótidos solapados es capaz de detectar dentro de las secuencias nucleotídicas aspectos como inicios o finales de genes, zonas repetidas y/o no funcionales o de mutaciones etc. Precisamente en los artículos de este autor se pueden escuchar ejemplos de cómo se detectan mediante el sonido características de los genes.

Figura 4: Código utilizado por Temple, M.D. en su artículo de 2017 en BMC, Bioinformatics para transformar las secuencias nucleotídicas en notas musicales./ Imagen: autor

Por ello, el autor mencionado propone que este tipo de herramientas que funcionan “de oído” se puedan incorporar junto a las ya existentes de tipo visual y analítico para estudiar las secuencias nucleotídicas de los genes y genomas depositadas en las enormes bases datos de las que se dispone en la actualidad, y en las que el mayor problema es poner orden y sentido. La música podría ser el lenguaje oculto detrás de diferentes patrones y evidencias científicas. La idea del matrimonio Ohno de transformar en música la información nucleotídica de los genes ha dado muchos frutos, algunos tan interesantes como el de su posible utilidad médica y científica. Otra idea recogida en el artículo original de los Ohno, la de transformar a la inversa las composiciones musicales –como alguna de Chopin– en secuencias nucleotídicas, ha “revivido” recientemente cuando se ha demostrado que el ADN es un inmejorable soporte para almacenar la información musical.

Bibliografía

  1. Ohno, S., Ohno,M. The all pervasive principle of repetitious recurrence governs not only coding sequences construction but also human endeavor in musical composition. Immunogenetics, 24(2):71-78.
  2. Hay muchas publicaciones y páginas webs sobre la “música de los genes” y sobre la “protein music, pero quizás la de M.A. Clark Genetic Music: An Annotated Source List es la más completa y la que mejor recoge los autores que han intervenido en el desarrollo de esta idea.
  3. Carey, J. Science and Culture: Music of genes. PNAS, 2016, 113(8):1958-9; P.E. Larsen.2016. More of an Art than a Science: Using Microbial DNA sequences to compose Music.J.Microbiol.Biol. Edu. 17(1):129-132.
  4. Temple MD.2017. An auditory display tool for DNA sequence analysis.BMC Bioinformatics, 18,221. Y en un artículo publicado el 20 de Junio de 2017 este mismo autor publicó un artículo de divulgación en The Conversation : What does DNA sound like? Using music to unlock the secrets of genetic code.

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