Using music to unlock the secrets of genetic code

Play Video

$2,000

Prizes

2,402

Views

1. Background

Is it possible to use music to identify the nature of DNA sequences? I published a proof of principle article about DNA sonification in BMC Bioinformatics. This was featured in Nature blogs, BMC blogs, IFLScience and The Conversation (which has received over 30,000 reads). 

In some distant alt-universe I was the drummer in a Sydney pop band before becoming an ever-so-serious molecular biologist. I listen deeply to music and analyse the rhythms and notes with an analytical mind. Algorithmic music made from DNA sequence can similarly be perceived to tell us something useful about the underlying DNA sequence. 

2. Method

The underlying principle is to process DNA sequence according to the central dogma of molecular biology, but instead of a cell making protein strings from DNA; in-silico we make a string of musical notes.

The innovation of the DNA sonification tool is to create audio from three reading frames simultaneously and to use start and stop codons (that regulate protein synthesis) to start and stop the audio of each reading frame. The goal is to implement DNA sonification to supplement existing visual tools available in genomic browsers. 

After uploading a sequence, the user can select precisely how the musical transcription is accomplished. Sequence data is converted to MIDI (musical instrument digital interface) format and played in the browser using a plugin. The simplest algorithm maps each of four nucleotides to single notes, creating a four-note auditory landscape. Another maps di-nucleotides increasing the complexity to 16 notes across two instruments. The most informative mode maps each nucleotide triplet (codon) to one of 20 notes, and outputs the audio across three instruments at once, just as the genetic code maps 64 codons to 20 amino acids. The result is a series of three-note arpeggios - CGF-ADD-CFF-DFG-AFC-GCD etc. 

3. Results

The DNA sonification tools are available through a webpage interface whereby input DNA sequence is processed in real-time to produce an auditory display playable directly within the browser. 

The most informative sonification algorithm reads the DNA sequence as codons in three reading frames to produce three concurrent streams of audio in an auditory display. This approach is advantageous since start and stop codons in either frame have a direct affect to start or stop the audio in that frame, leaving the other frames unaffected. Using these methods, DNA sequences such as open reading frames or repetitive DNA sequences can be clearly distinguished from one another. 

You can listen to these example auditory displays in the YouTube playlist (taken from the sonification tools site).

https://www.youtube.com/playlist?list=PL1k1ADlKRpMcS8h4CDcIg3wh3GApsuSeC

All audio was produced by the sonification tool and converted to mp3 for inclusion in the video. Basic animation has been added to indicate which DNA codons are being played. Seven (7) audio examples are provided. These include two artificial control sequences, two sequences containing natural repetitive sequences and a comparison of a coding vs non-coding sequences. Lastly (just for fun) are examples of DNA sequences that were processed simply to make generative music. 

4. Conclusions

Normally, scientists rely heavily on visual inspection of DNA sequences to unlock their secrets. Sonification alone is not intended to replace visual inspection but rather to complement it, in the same way that colour may highlight the properties of a DNA sequence.

Outside of the rigours of DNA research there is strong interest within the community to better understand how DNA sequences determine our physical form and how mutations we accumulate in DNA over time affect our health. Hopefully, listening to audio derived from DNA may help people better understand how cell biology works.

5. Future ideas/collaborators needed to further research?

Currently I am thinking of applying new algorithms to detect and highlight features of multiple sequence alignments and intron exon boundaries that are commonly displayed in genomic browsers. Unfortunately, my coding skill are in keeping with those of a musician turned molecular biologist (!) rather than those of a trained coder or computational biologist. So its a work in progress.

I have made in-roads into synchronising web animation and real time audio streaming - the technique seams to be potentially useful in the domain of DNA sequence analyses.

I also aim to recode the existing tool and pay attention to improving the interface from an end users perspective, and hopefully play the audio in the browser without the use of a client-side plugin.

From a teaching and engagements strategy, I think developing a parallel generative music tool also has merit.

Comments

4
anony mous
4 months ago

Goodness, it is exceptionally respectable for me. I read your article and I think it is exceptionally great employment. I need to spend my some piece of life in such a fantastic place and get term papers written for useful task. Excellent recollections identified with this island. Extremely appreciative to you for this astounding blessing.

Jos Nam
3 months ago

ya

Ketahui awal dan akhir ceritamu. Kecuali kamu ingin ceritamu menjadi kisah tanpa ujung, kamu harus tahu bagaimana cerita itu berakhir. Mengetahui panjang (awal-akhir) cerita membantumu menjaga struktur cerita dan menghindari penyimpangan plot menuju arah lain. Semua ini tidak akan bisa dikerjakan oleh mesin. Oleh sebab itu, tulis artikel sendiri. Jangan instan seperti copas atau menggunakan tool tertentu seperti spinner. Hal ini dimaksudkan agar kemampuan menulis Anda juga meningkat dan tidak plagiat. Bagaimana cara membuat buku cerita ini saja. buku bercerita blog ini.

Anda bisa mendapatkan aneka cerira di buku cerita. baca saja untuk anda di sini. cara membuat buku cerita bisa anda lakukan dengan menggunakan media kertas yang biasa digunakan untuk menulis catatan harian yang kamu buat setiap hari. Bagaimana buku bercerita? sebenarnya menulis artikel dasarnya sama (termasuk artikel yang banyak ditanyakan di atas). Sebelum memulai, usahakan kamu sudah tahu isi tiga bab awal ceritamu. Dalam menulis cerbung, tiga bab pertama menjadi magnet bagi pembaca. Tiga bab tersebut juga menjadi sumber terbaik jika kamu bingung mau ke mana ceritamu, baca tiga bab awal dan temukan pencerahannya.

Cerita pendek cenderung padat dan langsung pada tujuannya dibandingkan karya-karya fiksi lain yang lebih panjang, seperti novel. Karena singkatnya, cerita pendek yang sukses mengandalkan teknik sastra seperti tokoh, plot, tema, bahasa secara lebih luas dibandingkan dengan fiksi yang lebih panjang. Ceritanya bisa dalam berbagai jenis. Cerita pendek berasal dari anekdot, sebuah situasi yang digambarkan singkat yang dengan cepat tiba pada tujuannya, dengan paralel pada tradisi penceritaan lisan. Apakah anda bisa membuat buku bercerita? Aku ingin cerpenku pun tembus di media cetak. Dimuat dan dibaca banyak orang. ini biSA juga bagaimana cara membuat buku cerita. baca saja di sini. cara membuat buku cerita. bagaimana bentuk buku bercerita?

Bisnis online shop merupakan bisnis yang sedang trend pada masa kini. Bukan hanya cocok untuk para remaja, bisnis ini juga merupakan peluang usaha bagi ibu rumah tangga. aneka bisnis modal kecil untung besar bermanfaat. beberapa usaha modal kecil untung besar di sini. Di era sosial media seperti sekarang, hampir setiap orang mampu untuk menulis. Mereka menuliskan kata-kata untuk bercerita di laman profil sosial medianya masing-masing dan mengungkapkan berbagai hal. Bisnis rumahan merupakan salah satu bisnis yang cocok dijalani ibu muda di zaman now. Ini merupakan peluang terbesar memulai bisnis baru dengan modal yang sedikit tetapi mendapatkan untung yang banyak.

Tentunya untuk membuka bisnis 2018 harus dipersiapkan dari sekarang karena tahun baru hanya tinggal menghitung hari. Yang Anda perlu siapkan tentunya modal, lokasi, dan target pemasaran. Dan yang terpenting adalah jenis dari bisnis rumahan tersebut. Jangan sampai Anda sudah banyak keluar modal namun bisnis yang dijalankan tak sesuai dan Anda harus menderita kerugian. beberapa usaha modal kecil untung besar? Ada banyak jawaban yang bisa anda dapatkan. lihat keterangan lainya ini. Bisnis online, bisnis yang sedang digemari oleh penduduk indonesia.

Jika Anda sedang mencari bagaimana cara memulai bisnis online, berarti Anda sudah menemukan tempat yang tepat. Aneka peluang-peluang usaha kecil yang bisa untung modal kecil untung besar dalam hal apapun. baca lagi saja ya . Peluang usaha yang selanjutnya adalah usaha kolam pemancingan ikan. Usaha ini sangat cocok untuk Anda yang kebetulan memiliki lahan luas dan tidak terpakai alias tidak terurus.

Peluang-peluang usaha kecil yang bisa untung ini sangat langka. cara memulai usaha kecil sampingan yang untung ini. Ada berbagai jenis bisnis yang dapat Anda jalankan melalui internet, seperti menjual barang atau jasa, silakan baca artikel mengenai peluang bisnis online untuk mengetahui lebih lengkapnya.

anya saja, dalam artikel ini kita fokus dengan kata-kata cinta buat pacar, gebetan, te-te-em alias temen tapi mesra. Sorry buat para jomblo. Kata kata cinta bahasa Inggris buat orang tersayang lainnya segera menyusul deh. Pastinya, artikel ini akan diperlukan saatnya nanti ketemu sang idaman hati. kata cinta dan sayang untuk anda. membuat kata kata cinta yang romantis di blog. Kata kata cinta romantis terkadang digunakan untuk mengungkapkan sebuah perasaan hati bagi mereka yang sedang jatuh cinta. Kata Kata Cinta Bahasa Inggris buat pacar atau orang tercinta sebagai ungkapan sayang mesra tak terhingga. Kirimkan salah satu quote cinta ini kepada doi agar hubunganmu semakin lengket, nempel terus kayak amplop dan perangko. Cihuy!

Ada yang bilang bahwa mencintai tak harus memiliki. Hal itu mungkin ada benarnya bagi para pelaku cinta sepihak. Namun, bagi yang sama sama mencintai, hal tersebut tak berlaku karena mereka membutuhkan kebersamaan. Karena kita tidak membahas mengenai cinta, mungkin kalian bisa menemukan definisi kata cinta dan sayang. lanjut di sini ini. Cintamu bagaikan tetesan air hujan, yang terus membasahi dan menumbuhkan benih-benih cinta. Ada ribuan kata kata cinta bijak yang bisa kita temukan. Jika mencintai seseorang karena kesempurnaan, cinta bisa luntur ketika suatu saat nanti ia menemukan kelemahannya. Hal tersebut tidak bisa dikatakan sebagai cinta sejati, ia hanya mencintai kesempurnaan.s

Terkait belajar menulis email Ben Settle mempunyai sebuah kursus online yang berjudul 10 Minute Workday : How to make six figures per year, Writing just one email per day, selama beberapa artikel ke depan kita akan belajar menulis email dari sana. Lain hari, diktekan daftar belanjaan Anda untuk ditulis anak. Bagaimana langkah cara belajar menulis yang baik dan benar. Temukan meja untuk menulis yang baik. tips belajar menulis untuk pemula yang baik buku. Jangan mengajarkan anak bagaimana cara menulis yang baik.

Kepenulisan bahasa mandarin tentu sangat diperhitungkan sekali. Oleh karena itu, sangat tepatlah apabila kalian mengikuti pembahasan kali ini karena disini kami akan memberikan tips cepat belajar menulis bahasa mandarin yang mudah dipahami dan juga dipraktekan. cara belajar menulis yang baik dan benar adalah seperti ini. baca lanjutan ini dalam blog ini. Ada anak yang melampiaskan rasa stresnya dengan bernyanyi maupun melukis. Tapi ada juga anak yang melampiaskan rasa sedih dan stres dengan menulis di buku harian. Jadi, tanpa perlu berlama-lama lagi, mari bersama-sama kita bahas dan asah ulang tentang pemahaman akan menulis bahasa mandarin beserta tips cepat untuk menulis bahasa mandarin itu sendiri. Berikut adalah tips-tipsnya.

aku

Maricruz Remer
2 months ago

I am glad to see the things you shared [url=http://www.allthestudent.com/]Heeve Point[/url] is best.

Image1502237788?1502237788
Round: Open Peer Voting
Category: Main Prize

Votes

Ranking

Researcher

23

3

Recent Voters