把科學變遊戲: 線上遊戲玩家打敗了科學家,發現更多不同的蛋白質形狀

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Foldit玩家做出的結構,來解釋我們所知的酵母蛋白質, YPL067C。HOROWITZ ET AL/NATURE COMMUNICATIONS

建立蛋白質的形狀對科學來說是一項重大的挑戰。但是,把這個問題轉移到遊戲上來,會加速對解決方案的搜尋。Foldit的線上玩家團隊在比賽完成可能的形狀同時,也比科學家或這類的電腦程式找到了更好的解決方法。被擊敗的研究人員可能自尊心會受損,但問題的解決補償了他們的自我掙扎。

幾年來,科學家一直在利用電腦的閒置處理能力,來分析難處理的數據,大部分的數據是在著名的[email protected]。在那裏,來自射電望遠鏡的數據被分配到3百萬台電腦,來搜尋可能的外星訊號。

面對問題,電腦依然不是那麼的好用。密西根大學的Scott Horrowitz博士,把電腦的閒置處理能力轉移到玩家的頭腦。他雇用469位Foldit玩家、2位專業晶體學家(crystallographer)以解出蛋白質形狀當他們日常工作,以及61位在他任教的大學的大學生。兩個為這個目的而設計的電腦程式被給予相同的問題,讓他們忙不完。

所有的人和電腦都給予酵素蛋白質YPL067C的電子密度圖(electron density map)和序列(sequence),然後進行挑戰,來做出它的形狀。晶體學家和學生是獨立工作,但遊戲玩家則是組成一個團隊。

這些結果發表於自然通訊期刊(Nature Communications)。當一群Foldit玩家比更有經驗的人做出更符合的解決方法時,證明了三個臭皮匠勝過一個諸葛亮。一位Foldit玩家提供了幾個最後形狀的特別重要的元件,但獲得小組其他成員精鍊的寶貴協助。

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Foldit玩家對於蛋白質YPL067C模型開發的幾個階段Horowitz et al/Nature

Horowitz說:「我看見這些玩家從這場遊戲裡學到關於蛋白質有多少,我們花了好幾個星期嘗試把這個塞進學生的腦袋,以及讓Foldit玩家覺得好玩而自然地學習。」

Foldit玩家使用一種不同於晶體學家和學生的方法,有可能是不斷地有人學習其他人的解決方法而做出更好的解決方法。電腦演算法大體上做出比任何一組人所做的還差。

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蛋白質含有非常多的原子,因此可以有大量的方法來組成。然而要找到黏結它們的藥物,作出確實的結構是必要的。網路漫畫XKCD的創造者Randall Munroe寫出解決蛋白質摺疊(protein fold)是一個相當有挑戰的問題:「有人可能在有一天會找到更難的。」估算過有85%的結構,分子生物學家把它當作是近似蛋白質的形狀,包含可識別的錯誤;這會逐漸損害進一步的研究。」

有一些技術,例如X光繞射(X-ray diffraction),能夠讓我們得到一些蛋白質形狀的想法。但這個問題是如此有挑戰性,以至於著名的英國化學家George Sheldrick說:「在高解析度數據上的高分子精煉從未結束,只有放棄。」藉由擄獲遊戲族群的熱忱,Horowitz也許可以確信問題從未真正的放棄,也沒有無法解決的事。

來源:IFLScience

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