Допомагати науці можна граючи • Віра Башмакова • Новини науки на "Елементи" • Молекулярна біологія, Інформаційні технології

Допомагати науці можна граючи

"Фолдіт", скріншот гри. стрілочками показані:
Властивості білкової ланцюга: 1 – занадто близько розташовані атоми; 2 – воднева зв'язок; 3 – гідрофобний амінокислотний залишок; оскільки він не захищений (тобто не захований всередину молекули білка), на ньому "висить" жовта крапелька; 4 – гідрофільний амінокислотний залишок; 5 – сегмент білкового "хребта" (тобто основний ланцюга), що має підвищену енергію і тому виділений червоним.
Робочі інструменти гравця: 6 – "гумки", за допомогою яких гравці можуть управляти автоматичними інструментами; 7 – "заморожування" білкового "хребта", що зберігає дану ділянку незмінним при змінах інших областей білка.
Інтерфейс гри: 8 – панель, на якій показаний поточний статус гравця, включаючи кількість зароблених очок; 9 – список кращих гравців-одинаків і кращих команд; 10 – панель додаткових інструментів і опцій; 11 – чат для спілкування з іншими гравцями; 12 – "кулінарна книга" для створення нових автоматичних інструментів, або "рецептів", по роботі з білком.

Нещодавно група американських дослідників створила корисну онлайн-гру під назвою "Фолдіт" (Foldit – "склади це").Граючи в неї, ви можете допомогти науковому прогресу, причому брати участь можуть не тільки дипломовані фахівці, але і прості смертні. Вам пропонується вирішити одну з найбільш важливих, великих і нудних завдань в біології – визначити правильну конформацію білка за його первинною послідовністю. Але в грі від нудності не залишилося і сліду. На екрані – різнобарвний ланцюжок, яку треба скласти за певними правилами. За вірне рішення нараховуються очки, у кожного гравця є власний рейтинг. Можна об'єднуватися в групи і вирішувати завдання спільно – і при цьому рухати біологію вперед.

Як відомо, білок у своєму первинному, "розкрученому", стані, – це просто лінійний ланцюжок амінокислот. Кожна амінокислота в цьому ланцюжку має певні властивості – вона може бути гидрофильной або гідрофобною, позитивно чи негативно зарядженою, і так далі.

Залежно від цих своїх властивостей амінокислоти починають взаємодіяти. Гідрофобні амінокислотні залишки злипаються один з одним і ховаються всередину білкової молекули, де немає води. Гідрофільні ж залишки стирчать назовні, адже міститься в цитоплазмі, їм ні крапельки не страшна.Протилежно заряджені амінокислоти притягаються, а однаково заряджені – відштовхуються. Там, де це можливо, між амінокислотами виникають дисульфідні містки і водневі зв'язку.

В результаті всіх цих взаємодій білковий ланцюжок починає згинатися і згортатися, поки, нарешті, не досягне такої конформації, на яку "згодні" все що містяться в ній амінокислоти. У цьому стані внутрішня енергія молекули білка мінімальна.

Здавалося б, немає нічого простішого, ніж вирахувати, яку конформацію прийме білок, виходячи з його амінокислотної послідовності. Але не тут-то було! Одна-єдина можлива конформація існує тільки для зовсім коротеньких і простих білків. Чим білок довше, тим більше різних конформацій він може прийняти, але тільки одна з них буде вірною. І в результаті бідний вчений залишається один на один з довжелезною амінокислотною послідовністю, яка може скластися десятьма різними способами.

Звичайно, існує спеціальна програма під назвою "Розетта", яка вираховує правильну конформацію білка виходячи з його амінокислотної послідовності (або, навпаки,підбираючи оптимальну послідовність під структуру штучно синтезованого білка). Але нажаль! – і "Розетта" робить помилки. Судячи з усього, комп'ютер найчастіше просто не може обчислити вірну структуру білка, тому що для цього необхідні людське просторове мислення та інтуїція.

Велика група американських вчених вирішила підійти до проблеми з іншого боку і перетворити нудне і просто неохватне завдання (адже білків – десятки і сотні тисяч) в цікаву гру.

Пазл, у якому необхідно спочатку "розплести" білковий ланцюжок, а потім скласти її правильно. Зображення з обговорюваної статті вNature

Умови гри прості: дається амінокислотна послідовність і гравець крутить і крутить її до тих пір, поки вона не придбає оптимальну тривимірну структуру. Щоб ввести в курс справи новачків, є кілька тренувальних задачок-пазлів, вирішуючи які, можна розібратися в основах гри. Щоб підігріти активність учасників, розробники створили рейтинг кращих гравців (причому, як виявилося, деякі з кращих гравців професійно займалися біохімією). Крім того, вирішувати пазл можна не тільки поодинці, але і цілою командою.

Як виявилося, люди нерідко справлялися із запропонованим пазлом краще, ніж "Розетта" – особливо тоді, коли для досягнення правильної конформації потрібно було спочатку злегка розплутати білковий ланцюжок, в результаті чого її енергія підвищувалася. Програма в таких випадках заходила в глухий кут і видавала неправильне рішення, оскільки в неї було "забито", що підвищення енергії – річ небажана. Однак для людей це не було проблемою, оскільки вони розуміли, що після того, як вони повернуть ланцюжок бажаним чином, її енергія знову знизиться. До того ж, кожна людина застосовував свою унікальну тактику для вирішення завдань, а програма весь час діяла однотипно.

Сліпий тест показав, що з десяти запропонованих пазлів люди впоралися із завданням краще, ніж "Розетта", в п'яти випадках, у двох випадках переміг комп'ютер, а три випадки можна назвати нічиєю. Розробники вважають, що ідеальним варіантом було б комбінувати "Фолдіт" і "Розетту", щоб людям не довелося возитися з початковим укладанням білкового ланцюга, яку може добре виконати комп'ютер, а братися за справу лише тоді, коли для подальшого складання білка потрібно людський погляд.

джерело: Seth Cooper, Firas Khatib, Adrien Treuille, Janos Barbero, Jeehyung Lee, Michael Beenen, Andrew Leaver-Fay, David Baker, Zoran Popović & Foldit players. Predicting protein structures with a multiplayer online game // Nature. 2010 V. 466. P. 756-760.

Сайт гри: fold.it/portal. Щоб почати грати, треба зареєструватися і поставити на комп'ютері спеціальну програму. Про те, як все це зробити, написано тут.

Віра Башмакова


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: