Foldit - Foldit

Foldit
Ikona Foldit.png
Foldit screenshot 2.jpg
Screenshot aplikace Foldit zobrazující skládací skládačku
Vývojáři University of Washington , Center for Game Science, Department of Biochemistry
První vydání 8. května 2008 ; Před 13 lety ( 2008-05-08 )
Náhled vydání
Operační systém Cross-platform : Windows , macOS , Linux
Velikost ≈434 MB
K dispozici v 13 jazyků
Seznam jazyků
Čeština, holandština, angličtina, francouzština, němčina, hebrejština, indonéština, italština, polština, rumunština, ruština, španělština, vědec
Typ Logická videohra , skládání proteinů
Licence proprietární freeware pro akademické a neziskové použití [1]
webová stránka fold .it

Foldit je online logická videohra o skládání proteinů . Je součástí experimentálního výzkumného projektu vyvinutého University of Washington , Center for Game Science, ve spolupráci s UW Department of Biochemistry . Cílem hry Foldit je složit struktury vybraných proteinů tak dokonale, jak je to jen možné, pomocí nástrojů poskytovaných ve hře. Řešení s nejvyšším skóre analyzují výzkumníci, kteří určují, zda existuje nativní strukturální konfigurace ( nativní stav ), kterou lze použít na relevantní proteiny v reálném světě. Vědci pak mohou tato řešení použít k cílení a eradikaci chorob a vytváření biologických inovací. Dokument z roku 2010 ve vědeckém časopise Nature připsal 57 000 hráčů Folditu za poskytnutí užitečných výsledků, které odpovídaly nebo překonávaly algoritmicky vypočítaná řešení.

Dějiny

Rosetta

Prof.David Baker , vědec zabývající se výzkumem proteinů na Washingtonské univerzitě, založil projekt Foldit. Seth Cooper byl vedoucím herním designérem. Před zahájením projektu se Baker a jeho laboratorní spolupracovníci spoléhali na další výzkumný projekt s názvem Rosetta, který předpovídal nativní struktury různých proteinů pomocí speciálních algoritmů predikce struktury počítačových proteinů . Rosetta byla nakonec rozšířena o využití síly distribuovaných počítačů : Program Rosetta@home byl zpřístupněn pro veřejné stažení a zobrazoval svůj postup skládání proteinů jako spořič obrazovky . Jeho výsledky byly odeslány na centrální server k ověření.

Někteří uživatelé Rosetta@home byli frustrovaní, když viděli způsoby řešení proteinových struktur , ale nemohli s programem komunikovat. V naději, že lidé mohou zlepšit pokusy počítačů o řešení proteinových struktur, oslovil Baker Davida Salesina a Zorana Popoviće, profesory informatiky na stejné univerzitě, aby pomohli konceptualizovat a vybudovat interaktivní program, videohru , která by oslovila veřejnost a pomoci úsilí najít přirozené proteinové struktury.

Foldit

Mnoho stejných lidí, kteří vytvořili Rosetta@home, pracovalo na Folditu. Veřejná beta verze byla vydána v květnu 2008 a má 240 000 registrovaných hráčů.

Od roku 2008 se Foldit účastní kritického hodnocení technik pro predikci struktury proteinů ( CASP ) a předkládá svá nejlepší řešení cílům založeným na neznámých proteinových strukturách. CASP je mezinárodní program pro hodnocení metod predikce proteinové struktury a identifikaci těch, které jsou nejproduktivnější.

Cíle

Predikce struktury proteinů je důležitá v několika vědních oborech, včetně bioinformatiky , molekulární biologie a medicíny . Identifikace strukturálních konfigurací přírodních proteinů umožňuje vědcům lépe jim porozumět. To může vést k vytváření nových proteinů záměrně , pokroku v léčbě nemocí a řešení dalších problémů reálného světa, jako jsou invazivní druhy , odpad a znečištění .

Proces, kterým živé bytosti vytvářejí primární strukturu proteinů, proteinovou biosyntézu , je přiměřeně dobře pochopen, stejně jako prostředky, kterými jsou proteiny kódovány jako DNA . Je však obtížnější určit, jak se primární struktura daného proteinu stane fungující trojrozměrnou strukturou, jak se molekula skládá . Obecný proces je srozumitelný, ale předpovídání případné funkční struktury proteinu je výpočetně náročné.

Metody

Podobně jako Rosetta@home je Foldit prostředkem k rychlejšímu objevování nativních proteinových struktur prostřednictvím distribuovaných počítačů. Foldit však klade větší důraz na komunitní spolupráci prostřednictvím svých fór, kde uživatelé mohou spolupracovat na určitých záhybech. Navíc crowdsourcovaný přístup společnosti Foldit klade větší důraz na uživatele. Virtuální interakce a gamifikace Folditu vytváří jedinečné a inovativní prostředí s potenciálem výrazně pokročit ve výzkumu skládání proteinů.

Virtuální interakce

Foldit se pokouší aplikovat schopnosti trojrozměrného porovnávání vzorů a prostorového uvažování lidského mozku, aby pomohl vyřešit problém predikce proteinové struktury. Hádanky 2016 jsou založeny na dobře srozumitelných bílkovinách. Vědci doufají, že analyzováním toho, jak lidé k těmto hádankám intuitivně přistupují, vylepší algoritmy používané softwarem pro skládání proteinů.

Foldit obsahuje sérii tutoriálů, kde uživatelé manipulují jednoduchými strukturami podobnými proteinům a pravidelně aktualizovanou sadu hádanek založených na skutečných proteinech. Ukazuje grafické znázornění každého proteinu, se kterým mohou uživatelé manipulovat pomocí sady nástrojů.

Gamifikace

Vývojáři společnosti Foldit chtěli přilákat co nejvíce lidí k příčině skládání bílkovin. Takže místo budování užitečného vědeckého nástroje použili spíše gamifikaci (začlenění herních prvků), aby byl Foldit pro širokou veřejnost přitažlivý a poutavý.

Když je struktura proteinu modifikována, skóre se vypočítá na základě toho, jak dobře je protein složen, a je udržován seznam vysokých skóre pro každou hádanku. Uživatelé Foldit mohou vytvářet a připojovat se ke skupinám a členové skupin mohou sdílet řešení hádanek. Bylo zjištěno, že skupiny jsou užitečné při výcviku nových hráčů. Je veden samostatný seznam vysokých skóre skupiny.

Úspěchy

Výsledky z Foldit byly zahrnuty v řadě vědeckých publikací.

Hráči Foldit byli souhrnně uváděni jako „hráči Foldit“ nebo „Hráči, F.“ v některých případech. Jednotliví hráči byli také uvedeni jako autoři alespoň na jednom papíře a na čtyřech souvisejících depozicích Protein Data Bank .

  • Dokument ze srpna 2010 v časopise Nature připsal 57 000 hráčům Folditu za poskytnutí užitečných výsledků, které odpovídaly nebo překonávaly algoritmicky vypočítaná řešení, a uvádělo, že „[p] vrstvy spolupracující na vývoji bohatého sortimentu nových strategií a algoritmů; na rozdíl od výpočetních přístupů zkoumají nejen konformační prostor, ale také prostor možných strategií hledání “.
  • Článek z listopadu 2011 v PNAS porovnával „recepty“ vyvinuté hráči Folditu se skripty Rosetta vyvinutými členy Baker Lab na University of Washington. Hráčův recept „Blue Fuse“ se příznivě srovnává s vědcovým algoritmem „Fast Relax“.
  • V roce 2011, Foldit hráči pomohl rozluštit krystalické struktury jednoho retrovirové proteázy z Mason-Pfizer monkey virus (M-PMV), opičí virus , který způsobuje HIV / AIDS -jako symptomy, vědecký problém, který byl nevyřešeny 15 let. Zatímco byla hádanka k dispozici tři týdny, hráči vytvořili 3D model enzymu za pouhých deset dní, který je dostatečně přesný pro molekulární náhradu .
  • V lednu 2012 společnost Scientific American uvedla, že hráči Folditu dosáhli prvního crowdsourcovaného přepracování proteinu, enzymu, který katalyzoval Diels -Alderovy reakce široce používané v syntetické chemii . Tým, včetně Davida Bakera v Centru pro herní vědu na Washingtonské univerzitě v Seattlu, výpočetně navrhl enzym od nuly, ale zjistil, že je třeba zlepšit jeho účinnost. Hráči Foldit přepracovali enzym přidáním 13 aminokyselin , což zvýšilo jeho aktivitu více než 18krát.
  • Článek ze září 2016 v Nature Communications podrobně popsal „soutěž v budování krystalografických modelů mezi vyškolenými krystalografy, vysokoškoláky, hráči Foldit a algoritmy pro automatické vytváření modelů“, ve které „tým hráčů Foldit dosáhl nejpřesnější struktury“, která do proteinu výsledky experimentu rentgenové krystalografie .
  • Článek z července 2018 v Nature Communications zhodnotil spolupráci mezi hráči Foldit a týmy v konsorciu WeFold při dvouletých soutěžích CASP CASP11 a CASP12.
  • Dopis z přírody z června 2019 popisoval analýzu proteinů navržených hráči Foldit. Čtyři hráče navržené proteiny byly úspěšně pěstovány v E. coli a poté "vyřešeny" ​​pomocí rentgenové krystalografie . Proteiny byly přidány do Protein Data Bank jako 6MRR , 6MRS , 6MSP a 6NUK .
  • V listopadu 2019 článek v PLOS Biology informoval o tom, jak byli hráči Folditu schopni „stavět proteinové struktury do krystalografických map s vysokým rozlišením přesněji než zkušení krystalografové nebo automatizované algoritmy pro vytváření modelů“ pomocí dat z experimentů cryo EM .

Budoucí vývoj

Sada nástrojů Foldit je hlavně pro návrh molekul bílkovin. Tvůrce hry oznámil plán přidat do roku 2013 chemické stavební bloky organických dílčích složek, které hráčům umožní navrhovat malé molekuly.

Viz také

Reference

externí odkazy