Группа исследователей закодировала свои специализированные знания в компьютерной игре Foldit, чтобы дать возможность гражданским ученым впервые успешно разработать синтетические белки.
Первоначальные результаты этого сотрудничества опубликованы в выпуске журнала Nature от 5 июня. Институт дизайна белка при Медицинской школе Вашингтонского университета возглавил межучрежденческую работу.
«Возможных белков больше, чем атомов во Вселенной. Приятно думать, что теперь любой может помочь исследовать это огромное пространство возможностей», - сказал старший соавтор Дэвид Бейкер, профессор биохимии в Университете Вашингтона. Школа медицины и директор Института белкового дизайна.
«Разнообразие молекул, которые придумали эти геймеры, просто поразительно», - сказал ведущий автор Брайан Кёпник, научный сотрудник Института белкового дизайна. «Эти новые белки ни в коем случае не уступают тому, что мог бы сделать ученый с докторской степенью».
Foldit был создан в 2008 году как способ «геймифицировать» исследования белков. Белки являются важными биомолекулами, присутствующими внутри каждой клетки каждого организма. Их сложные трехмерные структуры порождают их разнообразные функции, в том числе пищеварение, заживление ран, аутоиммунитет и многое другое.
С помощью игрового процесса игроки Foldit помогли определить структуру белка, связанного с ВИЧ, и повысить активность полезных ферментов. Однако до сих пор игроки Foldit могли взаимодействовать только с уже существующими белками. Не было возможности разрабатывать новые.
«Разработка совершенно новых белков, которых не существовало в природе, была нашей целью с Foldit в течение долгого времени», - сказал старший соавтор Сет Купер, доцент Колледжа компьютерных наук Хури в Северо-восточном университете. «Новый набор результатов показывает, что это возможно».
Чтобы превратить Foldit в платформу для дизайна белков, исследователи закодировали биохимические знания в игре. Таким образом, дизайнерские молекулы, хорошо зарекомендовавшие себя в Foldit, с большей вероятностью будут складываться, как задумано, в реальном мире.
«Мы не читали [игрокам Foldit] никаких лекций и не просили их что-либо читать. Вместо этого мы подправили код, который запускал игру на протяжении многих лет», - сказал старший соавтор Фирас Хатиб, доцент. компьютерных наук в Массачусетском университете в Дартмуте.
Ученые протестировали в лаборатории 146 белков, разработанных игроками Foldit. 56 оказались стабильными. Это открытие показало, что геймеры произвели некоторые реалистичные белки. Исследователи собрали достаточно данных по четырем из этих новых молекул, чтобы показать, что дизайн принял предполагаемую структуру.
"Никогда бы не поверил, что у них получится так хорошо, но игроки Foldit не перестают нас удивлять". - сказал Хатиб.
Создание новых белков немного похоже на попытку завязать невиданные ранее узлы с помощью веревки, которая в миллион раз тоньше человеческого волоса. На сегодняшний день только небольшая группа экспертов, хорошо знающих, как биомолекулы скручиваются и поворачиваются, занимается этой чрезвычайно сложной задачей. Большинство из них используют автоматизированные алгоритмы молекулярного проектирования, и большинство алгоритмов проектирования терпят неудачу гораздо чаще, чем добиваются успеха.
«Мы всегда стараемся сделать алгоритмы лучше, но человеческий фактор является ключевым», - сказал Хатиб. «На самом деле, благодаря дизайну Foldit игроки даже обнаружили недостатки в энергетической функции Rosetta - нашем современном методе проектирования белков».
Протеиновый дизайн - новая научная дисциплина. За последние пять лет эксперты Института белкового дизайна и их коллеги создали белки, которые стимулируют иммунную систему для борьбы с раком, и другие белки, действующие в качестве потенциальных кандидатов на вакцины. В апреле Институт белкового дизайна получил обязательство в размере 45 миллионов долларов в рамках благотворительного проекта Audacious Project, организованного TED, для разработки белковых вакцин, лекарств и материалов.
Смогут ли геймеры создать новый наркотик-блокбастер?
«Игроки Foldit - новое дополнение к исследовательскому арсеналу», - сказал Хатиб. «Это не панацея, но потрясающий ресурс».
Любой, кто хочет помочь решить головоломки для науки, может узнать больше на