2007年4月1日

你也可以讓DNA唱歌

我在聽蛋白質唱歌這篇文章中,曾經提到Clark教授用蛋白質的序列譜曲做出歌曲。現在你也可以利用DNA或是蛋白質來作曲,讓DNA唱歌。


你需要的是這個免費軟體Bio2MIDI,這是由John Dunn設計的程式。功能就是餵給他DNA的序列或是蛋白質的序列,如同DNA經過一連串過程轉譯出蛋白質,而它是轉譯出音樂,你還可以自己調整節奏快慢、高低音或是改變演奏樂器,完完全全把遺傳學變成一種生活上的音樂饗宴!
下載網址:http://www.algoart.com/bio2midi.htm

夏威夷大學的植物學副教授Dr. Kent (Kim) Bridges,用這個軟體幫很多生物或蛋白質做了曲。
你可以在下面這個網址聽到這些歌。
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/bridges/inflections/mp3/



操作方式如下:

下載壓縮檔,解壓縮安裝後,會在桌面上新增一個Bio2MIDI的圖示。

進入程式後,最上方的工具列如下


Open
-開啟含有DNA或蛋白質序列的文字檔。安裝後已經有血紅素、肌紅素等蛋白質序列可供你作曲,或者你也可以到GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)去找你想要讓他唱歌的序列,只要存成文字檔就可以了。

Save
-儲存文字檔

Help-開啟線上說明文件,或者到http://www.algoart.com/help/bio2midi/index.htm

Undo-復原動作,

DNA, Protein, Mark 下拉功能表-選擇用何種樂器播放序列。

DNA,Protein,Both選項-選擇播放模式。如果你開啟的是DNA序列,那麼你可以選擇要播放DNA序列(最多四個音階),還是轉譯後的蛋白質序列(最多20個音階),或是同時播放DNA及蛋白質序列。但若開啟的為蛋白質序列,則只能選擇Protein。

Map-開啟後可以編輯每個氨基酸或鹼基代表的音階。預設值:氨基酸越斥水則音階越低。

Dur按鈕-決定拍號,分母代表用幾分音符為一拍,分子代表每小節有幾拍。

Note按鈕-決定單位拍為幾分音符

Tempo-決定速度,數字越大,速度越快

Transpose-改變整首曲的音高,設定值從-60到+60。數字越大,音會越高。

MIDI-轉譯出音樂。每次變更作曲的設定如速度、拍號等設定,都必須重新按下此鍵轉譯。

Save-儲存midi檔。



這個程式參考了DNA的特性,而有一些特別的設定。

設定起始和終止
hunt_dna.txt為例,雖然裡頭有10348個鹼基,但真正開始轉錄的地方並不是從頭開始到最後。注意,上方有一行說明文字
CDS 316..9750

這代表轉錄是從第316個鹼基到9750個鹼基(CDS為 Coding sequence)。所以得在

第316個鹼基前加上~
第9750個鹼基後加上~

使轉譯出的音樂是從第316個播放到第9750個。(預設此檔案已經做好起始和終止的設定)



內插子與外顯子的修飾
真核生物的細胞核中,被轉錄成的原始mRNA,非密碼區會被切除,密碼區會再被黏合。那些非密碼區稱為內插子(introns),密碼區稱為外顯子(exons)。所以在這個程式裡,也參考了這樣的特性做了設定。以beta_dna.txt 為例,有一行文字

CDS join(62187..62278,62409..62631,63482..63610)

這代表密碼區是62187到62278,62409到62631,63482到63610。而其他沒有提到的部份是非密碼區,雖然會被轉錄但還是會被切除掉,而這三個密碼區最後會被黏合在一起。所以我們可以做這樣的設定。

在第62187之前加上:
在第62278之後加上;
在第62409之前加上:
在第62631之後加上;
在第62482之前加上:
在第63610之後加上;


如此一來,音樂就只會由上述的密碼區所轉錄轉譯出來。
如果選擇的播放模式是DNA,那麼音樂就符合DNA的密碼序列。
如果選擇的播放模式是蛋白質,那麼音樂就符合轉譯出的蛋白質。


改變某序列的播放樂器
利用[  ] 兩個中括號,框住特定的序列後,播放該片段的樂器會改成工具列中Mark所選中的樂器,而其他不在中括號的序列仍然以原設定的樂器播放。你可以開啟betaglob.txt來產生midi檔播看看,這個檔案的設定是讓人類血紅素的beta-globin中的alpha helixes以不同的樂器播放。


後記:有了這套軟體,可以做什麼呢?我想到了一些用途:
  • 讓生活更有品味,別人家吃飯放古典音樂,我家吃飯可以放胰島素之歌,或是澱粉酵素之歌。這樣消化才能更有效率。
  • 以前在生物週(自從母系改名後,這也改名叫生科週了)的會場,會播放自然音樂。 之後不妨來播放血紅素之歌或是大腸桿菌之歌
  • 終極目標是把人類基因組全部放進去,這樣可以播多久?
雖然使用方法看起來很複雜,但實際上很簡單,只要開啟檔案,按下MIDI就可以了。但要玩得有意思,還是要深入了解DNA到蛋白質的過程。這在我一系列的遺傳教學活動中,應該可以擺在壓軸吧!

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