Foldit/it

Foldit è un gioco di puzzle online gratuito che consente agli utenti di piegare proteine ​​virtuali. Il gioco è stato sviluppato dal Center for Game Science and Biochemistry Department dell'Università di Washingtoncome parte di un progetto di ricerca sperimentale. ^{[ 1 ]}

L'obiettivo del gioco è quello di ripiegare proteine ​​virtuali secondo le regole del gioco (desunte dai comportamenti proteici osservati) in modo da rendere la proteina più efficiente. Ai giocatori vengono assegnati punti globali in base al loro ripiegamento. Gli utenti possono scegliere di giocare da soli o unirsi a un gruppo e lavorare insieme sulle proteine. ^{[ 2 ]} Il gioco è in una fase beta perpetua e viene costantemente aggiornato e sviluppato dagli amministratori. Il progetto è stato fondato dallo scienziato di ricerca sulle proteine ​​David Baker e sviluppato dal capo game designer Seth Cooper, entrambi dell'Università di Washington. ^{[ 3 ]}

del ripiegamento delle proteine

Le proteine ​​sono una parte delle cellule presenti in ogni essere vivente e sono responsabili di quasi tutte le azioni intraprese dalla cellula o al suo interno. Le proteine ​​si ripiegano in forme uniche che sono stabili ed efficienti. La struttura delle proteine ​​definisce la loro funzione. ^{[ 1 ]} Scoprendo la struttura di una proteina, gli scienziati possono comprenderne la funzione e i modi in cui le cellule possono aiutare o impedire loro di intraprendere azioni specifiche.

cronologia

Rosetta

Il laboratorio di Baker si basava su un progetto informatico chiamato Rosetta per prevedere la struttura delle proteine. Rosetta utilizzava speciali algoritmi di previsione della struttura proteica per scoprire una struttura stabile (o nativa) delle proteine. Il progetto fu esteso per utilizzare i processori dei computer domestici dei volontari per accelerare il ripiegamento utilizzando un programma di elaborazione distribuita chiamato Rosetta@home. ^{[ 4 ]} Il programma fu reso disponibile per il download pubblico con l'incentivo di uno screensaver gratuito. Quando un computer domestico non era in uso, ma collegato a Rosetta tramite Rosetta@home, la proteina in fase di ripiegamento da parte del programma veniva visualizzata come screensaver. Gli utenti si lamentavano del fatto che, mentre guardavano lo screensaver, notavano modi più efficaci per ripiegare la proteina rispetto al computer, ma non avevano modo di interagire con il programma. ^{[ 1 ]} Ciò spinse Baker a coinvolgere Cooper e a sviluppare Foldit.

Foldit Beta

Foldit è stato lanciato pubblicamente nel maggio del 2008 e vanta una fiorente comunità di scienziati e giocatori amatoriali. Foldit conta attualmente oltre 500.000 utenti, oltre a un sito wiki dedicato, un forum, programmi di chat IRC sia per singoli individui (globali) che per gruppi privati, profili utente e un blog gestito dall'amministratore che offre suggerimenti per il gioco e notizie su proteine ​​e scoperte scientifiche correlate. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Il concetto di base di Foldit è quello di utilizzare le capacità naturali di riconoscimento di schemi e ragionamento spaziale delle persone per piegare possibili strutture proteiche. Trattando il ripiegamento delle proteine ​​come un gioco e le proteine ​​non ripiegate come enigmi, Foldit rende la ricerca scientifica e il progresso accessibili anche ai non professionisti che possono dedicarsi a strutture proteiche complesse nel loro tempo libero.

obiettivi

a breve termine

Poiché gli esseri umani pensano in modo diverso dai computer per quanto riguarda l'analisi spaziale e il riconoscimento di schemi, le persone possono piegare le proteine ​​meglio degli attuali programmi per computer. Utilizzando il gioco per studiare il ragionamento umano in relazione al ripiegamento delle proteine, scienziati e programmatori possono scrivere un codice migliore, consentendo ai computer di piegarsi con la velocità di una macchina e l'ingegnosità di un essere umano. ^{[ 6 ]}

a lungo termine

I virus, come altri esseri viventi, utilizzano le proteine. Comprendendo la struttura di una proteina, gli scienziati possono quindi dedurne la funzione. Una volta note la funzione e la struttura di una proteina, gli scienziati possono creare modi per impedire a specifiche proteine ​​virali di svolgere il loro compito e quindi fermare il virus. Utilizzando Foldit, i cittadini senza formazione biologica o medica possono accelerare esponenzialmente il processo di cura di vari contagi virali. ^{[ 7 ]}

Sono attualmente in corso numerosi esperimenti per convertire varie piante e alghe in biocarburante. Questo processo avviene scomponendo la materia vegetale utilizzando le proteine. Foldit spera di piegare proteine ​​più efficienti per rendere praticabile questa fonte di carburante rinnovabile. ^{[ 1 ]}

Risultati

Nel 2011, la comunità Foldit ha presentato un modello della struttura proteica del virus Mason-Pfizer della scimmia, responsabile dell'AIDS. I ricercatori avevano lottato con la struttura della proteina per 15 anni. Il puzzle è rimasto disponibile sul sito per 3 settimane, sebbene un modello stabile sia stato presentato dopo soli 10 giorni. Quando i ricercatori hanno confrontato il modello 3D con una scansione a raggi X della proteina, questa corrispondeva perfettamente. ^{[ 3 ]}

Nel gennaio 2012, i giocatori di Foldit sono stati i primi a ricorrere al crowdsourcing per la riprogettazione di una proteina. L'enzima, progettato computazionalmente da zero dagli scienziati, catalizza la reazione di Diels-Alder ed è ampiamente utilizzato nella chimica sintetica. Quando i ricercatori hanno voluto migliorare la potenza dell'enzima, i giocatori di Foldit lo hanno riprogettato aggiungendo 13 amminoacidi, i mattoni delle proteine. Questa modifica ha portato a un drastico aumento dell'attività. ^{[ 8 ]}

Pubblicazioni scientifiche

• Prevedere le strutture proteiche con un gioco online multigiocatore. Seth Cooper, Firas Khatib, Adrien Treuille, Janos Barbero, Jeehyung Lee, Michael Beenen, Andrew Leaver-Fay, David Baker, Zoran Popović e giocatori di Foldit. In Nature 466, pp. 756-760 (2010).
• La sfida di progettare giochi di scoperta scientifica. Seth Cooper, Adrien Treuille, Janos Barbero, Andrew Leaver-Fay, Kathleen Tuite, Firas Khatib, Alex Cho Snyder, Michael Beenen, David Salesin, David Baker, Zoran Popović e giocatori di Foldit. In Foundations of Digital Games, (2010).
• Analisi delle macro di gioco social nel ricettario Foldit. Seth Cooper, Firas Khatib, Ilya Makedon, Hao Lu, Janos Barbero, David Baker, James Fogarty, Zoran Popović e Foldit Players. In Foundations of Digital Games, (2011).
• Struttura cristallina di una proteasi retrovirale monomerica risolta dai giocatori del gioco del ripiegamento proteico. Firas Khatib, Frank DiMaio, Foldit Contenders Group, Foldit Void Crushers Group, Seth Cooper, Maciej Kazmierczyk, Miroslaw Gilski, Szymon Krzywda, Helena Zábranská, Iva Pichová, James Thompson, Zoran Popović, Mariusz Jaskolski e David Baker. In Nature Structural and Molecular Biology 18, 1175–1177 (2011).
• Struttura ad alta risoluzione di una proteasi retrovirale piegata come monomero. Miroslaw Gilski, Maciej Kazmierczyk, Szymon Krzywda, Helena Zábranská, Seth Cooper, Zoran Popović, Firas Khatib, Frank DiMaio, James Thompson, David Baker, Iva Pichová e Mariusz Jaskolskia. In Acta Crystallographica D67, 907-914 (2011).
• Scoperta di algoritmi da parte dei giocatori di giochi di ripiegamento proteico. Firas Khatib, Seth Cooper, Michael D. Tyka, Kefan Xu, Ilya Makedon, Zoran Popović, David Baker e giocatori di Foldit. In Proceedings of the National Academy of Sciences (2011).
• Aumento dell'attività di Diels-Alderasi attraverso il rimodellamento della spina dorsale guidato dai giocatori di Foldit. Christopher B Eiben, Justin B Siegel, Jacob B Bale, Seth Cooper, Firas Khatib, Betty W Shen, giocatori di Foldit, Barry L Stoddard, Zoran Popović e David Baker. In Nature Biotechnology (2012).

fonti