Сложите его - Foldit

Сложите его
Foldit icon.png
Скриншот приложения Foldit, показывающий складывающуюся головоломку в процессе
Скриншот приложения Foldit, показывающий складывающуюся головоломку в процессе
Разработчики)Вашингтонский университет, Центр игровых наук,[1] Кафедра биохимии[2]
изначальный выпуск8 мая 2008 г.; 12 лет назад (2008-05-08)
Предварительный выпуск
Операционная системаКроссплатформенность: Windows, macOS, Linux
Размер≈434 МБ
Доступно в13 языков
Список языков
Чешский, голландский, английский, французский, немецкий, иврит, индонезийский, итальянский, польский, румынский, русский, испанский, ученый
ТипГоловоломка видеоигра, сворачивание белка
Лицензияпроприетарный бесплатное ПО для академического и некоммерческого использования [1]
Интернет сайтскладывать.Это

Сложите его является онлайн головоломка видеоигра о сворачивание белка. Это часть экспериментального исследовательского проекта, разработанного Вашингтонский университет, Центр игровых наук, в сотрудничестве с Департаментом Биохимия. Цель Foldit - сложить структуры выбранных белки как можно лучше, используя инструменты, предусмотренные в игре. В самый высокий балл решения анализируются исследователями, которые определяют наличие или отсутствие исходной структурной конфигурации (родное государство ), которые можно применить к соответствующим белкам в реальном мире. Затем ученые могут использовать эти решения для нацеливания и искоренения болезни и создавать биологические инновации. Статья 2010 года в научном журнале Природа считает, что 57 000 игроков Foldit предоставили полезные результаты, которые соответствовали или превосходили алгоритмически вычисленные решения.[3][4]

История

Розетта

Проф. Дэвид Бейкер, ученый-исследователь белков из Вашингтонского университета, основал проект Foldit. Сет Купер был ведущим разработчиком игр. Перед тем, как начать проект, Бейкер и его коллеги по лаборатории полагались на другой исследовательский проект под названием Rosetta.[5] предсказывать нативные структуры различных белков с помощью специального компьютера предсказание структуры белка алгоритмы. В конечном итоге Розетта была расширена, чтобы использовать силу распределенных вычислений: The Rosetta @ home программа стала общедоступной скачать, и продемонстрировал прогресс сворачивания белка в виде хранитель экрана. Его результаты были отправлены в центральную сервер для подтверждения.[6]

Некоторые пользователи Rosetta @ home были разочарованы, увидев способы решения белковые структуры, но не мог взаимодействовать с программой. Надеясь, что люди смогут улучшить попытки компьютеров решить белковые структуры, Бейкер подошел к Дэвид Салесин и Зоран Попович, профессора информатики в том же университете, чтобы помочь концептуализировать и построить интерактивную программу, видео игра, что привлечет внимание общественности и поможет найти нативные белковые структуры.[7][8][9]

Сложите его

Многие из тех, кто создал Rosetta @ home, работали над Foldit. Публика бета версия была выпущена в мае 2008 г.[10] и имеет 240 000 зарегистрированных игроков.[11]

С 2008 года Foldit участвует в Критической оценке методов прогнозирования структуры белка (CASP ) эксперименты, предлагающие свои лучшие решения мишеням на основе неизвестных белковых структур. CASP - это международная программа по оценке методов прогнозирования структуры белков и выявлению наиболее продуктивных.

Цели

Прогнозирование структуры белка важно в нескольких областях науки, в том числе биоинформатика, молекулярная биология, и лекарство. Определение структурных конфигураций природных белков позволяет ученым лучше их понять. Это может привести к созданию романа белки по замыслу, достижения в лечении болезней и решения других реальных проблем, таких как инвазивные виды, напрасно тратить, и загрязнение.

Процесс, посредством которого живые существа создают первичную структуру белков, биосинтез белка, достаточно хорошо изучены, как и средства, с помощью которых белки закодирован как ДНК. Однако определение того, как первичная структура данного белка становится функционирующей трехмерной структурой, как молекула складки, сложнее. Общий процесс понятен, но предсказать возможную функциональную структуру белка сложно. вычислительно требовательный.[12][13]

Методы

Подобно Rosetta @ home, Foldit - это средство для более быстрого обнаружения структур нативных белков с помощью распределенных вычислений. Однако Foldit уделяет больше внимания сотрудничеству с сообществом через свои форумы, где пользователи могут сотрудничать в определенных областях.[3] Кроме того, краудсорсинговый подход Foldit делает больший упор на пользователя.[6] Виртуальное взаимодействие и геймификация Foldit создают уникальную и инновационную среду, способную значительно продвинуть исследования сворачивания белков.

Виртуальное взаимодействие

Foldit пытается применить человеческий мозг трехмерный сопоставление с образцом и пространственное мышление способность помочь решить задачу предсказания структуры белков. Пазлы 2016 основаны на хорошо изученных белках. Анализируя то, как люди интуитивно подходят к этим головоломкам, исследователи надеются улучшить алгоритмы, используемые программным обеспечением для сворачивания белков.[14]

Foldit включает в себя серию учебные пособия где пользователи манипулируют простыми белковоподобными структурами и периодически обновляемым набором головоломок, основанных на реальных белках. Он показывает графическое представление каждого белка, которым пользователи могут управлять с помощью набора инструментов.

Геймификация

Разработчики Foldit хотели привлечь как можно больше людей к проблеме сворачивания белков. Таким образом, вместо того, чтобы создать полезный научный инструмент, они использовали игрофикация (включение игровых элементов), чтобы сделать Foldit привлекательным и интересным для широкой публики.

При изменении структуры белка счет рассчитывается на основе того, насколько хорошо сложен белок, и поддерживается список высоких баллов для каждой головоломки. Пользователи Foldit могут создавать группы и присоединяться к ним, а члены групп могут делиться решениями головоломок. Было обнаружено, что группы полезны при обучении новых игроков. Ведется отдельный список групповых рекордов.

Достижения

Результаты Foldit были включены в ряд научных публикаций.

Игроки Foldit называются «Foldit Players» или «Players, F.» в некоторых случаях. Отдельные игроки также были указаны в качестве авторов как минимум одной статьи и четырех связанных Банк данных белков отложения.

  • Статья в журнале за август 2010 г. Природа отметил 57000 игроков Foldit, которые предоставили полезные результаты, которые соответствовали или превосходили алгоритмически вычисленные решения, заявив, что «[p] слои, работая совместно, разрабатывают богатый ассортимент новых стратегий и алгоритмов; в отличие от вычислительных подходов, они исследуют не только конформационное пространство, но и пространство возможных стратегии поиска ».[15][3]
  • Статья в ноябре 2011 г. PNAS сравнил "рецепты", разработанные игроками Foldit, со сценариями Rosetta, разработанными сотрудниками Baker Lab в Вашингтонском университете. Разработанный игроками рецепт "Blue Fuse" выгодно отличается от алгоритма "Fast Relax" ученых.[16]
  • В 2011 году игроки Foldit помогли расшифровать Кристальная структура из ретровирусный протеаза из Вирус обезьяны Mason-Pfizer (M-PMV), обезьяна вирус что приводит к ВИЧ / СПИД -подобные симптомы, научная проблема, которая не решалась в течение 15 лет. Пока головоломка была доступна в течение трех недель, игроки приготовили 3D модель фермент всего за десять дней, что достаточно для молекулярная замена.[17][18][19]
  • В январе 2012 г. Scientific American сообщил, что геймеры Foldit осуществили первый краудсорсинговый редизайн белка,[11] ан фермент что послужило катализатором Реакции Дильса – Альдера широко используется в синтетическая химия. Команда в составе Дэвид Бейкер в Центре игровых наук на Вашингтонский университет в Сиэтл компьютерно разработал фермент с нуля, но обнаружил, что его эффективность требует улучшения. Игроки Foldit переработали фермент, добавив 13 аминокислоты, увеличив свою активность более чем в 18 раз.[11][20]
  • Статья в сентябре 2016 г. Nature Communications подробно описал «соревнование по построению кристаллографических моделей между обученными кристаллографами, студентами, игроками Foldit и алгоритмами автоматического построения моделей», в котором «команда игроков Foldit достигла наиболее точной структуры», подгоняя белок к результатам Рентгеновская кристаллография эксперимент.[21]
  • Статья в июле 2018 г. Nature Communications проанализировал сотрудничество между игроками Foldit и командами в консорциуме WeFold каждые два года CASP соревнования CASP11 и CASP12.[22]
  • Письмо от июня 2019 г. Природа описал анализ белков, разработанный игроками Foldit. Четыре белка, разработанные игроком, были успешно выращены в Кишечная палочка а затем "решено" через Рентгеновская кристаллография. Белки были добавлены в Банк данных белков в качестве 6МРР, 6МРС, 6MSP, и 6НУК.[23]
  • В ноябре 2019 г. появилась статья в PLOS Биология сообщил, как игроки Foldit смогли «построить белковые структуры в кристаллографические карты с высоким разрешением более точно, чем опытные кристаллографы или автоматизированные алгоритмы построения моделей», используя данные из крио ЭМ эксперименты.[24]

Дальнейшее развитие

Набор инструментов Foldit в основном предназначен для конструирования белковых молекул. Создатель игры объявил о плане добавить к 2013 году химические строительные блоки органических субкомпонентов, которые позволят игрокам конструировать небольшие молекулы.[25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вашингтонский университет, Центр игровых наук
  2. ^ Вашингтонский университет, факультет биохимии
  3. ^ а б c Марков Дж. (10 августа 2010 г.). «В видеоигре: преодоление сложностей сворачивания белков». Нью-Йорк Таймс. Получено 12 февраля 2013.
  4. ^ Купер С., Хатиб Ф., Трейль А., Барберо Дж., Ли Дж., Бинен М. и др. (Август 2010 г.). «Прогнозирование структуры белков с помощью многопользовательской онлайн-игры». Природа. 466 (7307): 756–60. Bibcode:2010Натура.466..756C. Дои:10.1038 / природа09304. ЧВК  2956414. PMID  20686574.
  5. ^ "Rosetta Commons: центр программного обеспечения для моделирования Rosetta". RosettaCommons.org. RosettaCommons.org. Получено 17 ноября 2015.
  6. ^ а б Медицинский институт Говарда Хьюза «Игра-сворачивание белков позволяет мировой аудитории решать сложные головоломки» Eurekalert!, 4 августа 2010 г.
  7. ^ Бурзак К. (2008-05-08). «Биологи привлекают онлайн-игроков». Обзор технологий. Получено 17 ноября 2016.
  8. ^ Боханнон Дж (2009-04-20). «Геймеры разгадывают тайную жизнь протеина». Проводной. Получено 17 ноября 2016.
  9. ^ "Зоран Попович". Washington.edu.
  10. ^ Хикки, Ханна. «За высокий балл компьютерной игры можно было бы получить Нобелевскую премию по медицине» Вашингтонский университет, 8 мая 2008 г.
  11. ^ а б c Маршалл Дж. (22 января 2012 г.). «Онлайн-геймеры осуществили первый редизайн протеина, созданный на основе краудсорсинга». Scientific American. Получено 22 февраля, 2012.
  12. ^ Хаспел Н., Цай С.Дж., Вольфсон Х., Нусинов Р. (июнь 2003 г.). «Снижение вычислительной сложности сворачивания белка за счет сворачивания и сборки фрагментов». Белковая наука. 12 (6): 1177–87. Дои:10.1110 / пс. 0232903. ЧВК  2323902. PMID  12761388.
  13. ^ Rocklin GJ, Chidyausiku TM, Goreshnik I., Ford A, Houliston S, Lemak A, et al. (Июль 2017 г.). «Глобальный анализ сворачивания белков с использованием массового параллельного проектирования, синтеза и тестирования». Наука. 357 (6347): 168–175. Bibcode:2017Научный ... 357..168R. Дои:10.1126 / science.aan0693. ЧВК  5568797. PMID  28706065.
  14. ^ Horowitz S, Koepnick B, Martin R, Tymieniecki A, Winburn AA, Cooper S и др. (Сентябрь 2016 г.). «Определение кристаллических структур с помощью краудсорсинга и курсовых работ». Nature Communications. 7: 12549. Bibcode:2016 НатКо ... 712549H. Дои:10.1038 / ncomms12549. ЧВК  5028414. PMID  27633552.
  15. ^ Купер С., Хатиб Ф., Трейль А., Барберо Дж., Ли Дж., Бинен М. и др. (Август 2010 г.). «Прогнозирование структуры белков с помощью многопользовательской онлайн-игры». Природа. 466 (7307): 756–60. Bibcode:2010Натура.466..756C. Дои:10.1038 / природа09304. ЧВК  2956414. PMID  20686574.
  16. ^ Хатиб Ф., Купер С., Тыка М. Д., Сю К., Македон И., Попович З. и др. (Ноябрь 2011 г.). «Открытие алгоритмов игроками в игры на сворачивание белков». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (47): 18949–53. Дои:10.1073 / pnas.1115898108. ЧВК  3223433. PMID  22065763.
  17. ^ Хатиб Ф., ДиМайо Ф., Купер С., Казмерчик М., Гильски М., Кшивда С. и др. (Сентябрь 2011 г.). «Кристаллическая структура мономерной ретровирусной протеазы, решенная игроками, играющими в фолдинг белков». Структурная и молекулярная биология природы. 18 (10): 1175–7. Дои:10.1038 / nsmb.2119. ЧВК  3705907. PMID  21926992.
  18. ^ Gilski M, Kazmierczyk M, Krzywda S, Zábranská H, Cooper S, Popović Z и др. (Ноябрь 2011 г.). «Структура высокого разрешения ретровирусной протеазы, свернутой как мономер». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография. 67 (Pt 11): 907–14. Дои:10.1107 / S0907444911035943. ЧВК  3211970. PMID  22101816.
  19. ^ Praetorius D (19 сентября 2011 г.). «Геймеры расшифровывают белок СПИДа, который поставил исследователей в тупик на 15 лет всего за 3 недели». The Huffington Post. Получено 17 ноября 2016.
  20. ^ Эйбен С.Б., Сигель Дж. Б., Бэйл Дж. Б., Купер С., Хатиб Ф., Шен Б. В. и др. (Январь 2012 г.). «Повышение активности Дильса-Альдеразы за счет ремоделирования позвоночника под руководством игроков Foldit». Природа Биотехнологии. 30 (2): 190–2. Дои:10.1038 / nbt.2109. ЧВК  3566767. PMID  22267011.
  21. ^ Horowitz S, Koepnick B, Martin R, Tymieniecki A, Winburn AA, Cooper S и др. (Сентябрь 2016 г.). «Определение кристаллических структур с помощью краудсорсинга и курсовых работ». Nature Communications. 7 (1): 12549. Bibcode:2016 НатКо ... 712549H. Дои:10.1038 / ncomms12549. PMID  27633552.
  22. ^ Кисар Ч., Макгаффин Л.Дж., Валлнер Б., Чопра Дж., Адхикари Б., Бхаттачарья Д. и др. (Июль 2018). «Анализ и оценка совместной работы WeFold для прогнозирования структуры белка и его конвейеров в CASP11 и CASP12». Научные отчеты. 8 (1): 9939. Bibcode:2018НатСР ... 8,9939 тыс.. Дои:10.1038 / s41598-018-26812-8. ЧВК  6028396. PMID  29967418.
  23. ^ Кёпник Б., Флаттен Дж., Хусейн Т., Форд А., Сильва Д.А., Бик М.Дж. и др. (Июнь 2019). «Дизайн белка de novo гражданскими учеными». Природа. 570 (7761): 390–394. Bibcode:2019Натура.570..390K. Дои:10.1038 / s41586-019-1274-4. ЧВК  6701466. PMID  31168091.
  24. ^ Хатиб Ф., Десфосс А., Кёпник Б., Флаттен Дж., Попович З., Бейкер Д. и др. (Ноябрь 2019 г.). «Создание структур криоэлектронной микроскопии de novo совместно с гражданскими учеными». PLOS Биология. 17 (11): e3000472. Дои:10.1371 / journal.pbio.3000472. ЧВК  6850521. PMID  31714936.
  25. ^ Хершер Р. (13 апреля 2012 г.). «Следующая игра FoldIt: краудсорсинг лучшего дизайна лекарств». nature.com. Получено 16 апреля, 2012.

внешняя ссылка