Foldit/폴딧

Foldit은 사용자가 가상 ​​단백질을 접을 수 있는 무료 온라인 퍼즐 게임입니다. 이게임은 워싱턴 대학교 게임 과학 센터 와 생화학과 에서 실험 연구 프로젝트의 일환으로 개발되었습니다. ^{[ 1 ]}

이 게임의 목표는 관찰된 단백질 행동에서 가져온 게임 규칙에 따라 가상 단백질을 가장 효율적인 방식으로 접는 것입니다. 플레이어는 접는 방식에 따라 전체 점수를 받습니다. 사용자는 혼자 플레이하거나 그룹에 참여하여 단백질을 함께 작업할 수 있습니다. ^{[ 2 ]} 이 게임은 영구 베타 단계에 있으며 관리자에 의해 지속적으로 업데이트 및 개발되고 있습니다. 이 프로젝트는 워싱턴 대학교의 단백질 연구 과학자인 David Baker가 설립하고 수석 게임 디자이너인 Seth Cooper가 개발했습니다. ^{[ 3 ]}

단백질은 모든 생명체의 세포에서 발견되는 세포 구성 요소이며 세포 내외에서 일어나는 거의 모든 작용을 담당합니다. 단백질은 안정적이고 효율적인 독특한 형태로 접힙니다. 단백질의 구조는 그 기능을 결정합니다. ^{[ 1 ]} 과학자들은 단백질의 구조를 발견함으로써 그 기능과 세포가 특정 작용을 하도록 돕거나 막는 방법을 이해할 수 있습니다.

베이커 연구실은 단백질 구조를 예측하기 위해 로제타(Rosetta)라는 컴퓨터 프로젝트에 의존했습니다. 로제타는 특수한 단백질 구조 예측 알고리즘을 사용하여 단백질의 안정적인(또는 원래의) 구조를 발견했습니다. 이 프로젝트는 로제타@홈(Rosetta@home)이라는 분산 컴퓨팅 프로그램을 사용하여 자원봉사자의 가정용 컴퓨터 프로세서를 활용해 단백질 접힘 속도를 높이는 방향으로 확장되었습니다. ^{[ 4 ]} 이 프로그램은 무료 스크린세이버를 제공한다는 인센티브와 함께 공개적으로 다운로드할 수 있도록 제공되었습니다. 가정용 컴퓨터가 사용되지 않더라도 로제타@홈을 통해 로제타에 연결되어 있으면 프로그램에서 현재 접히고 있는 단백질이 스크린세이버로 표시되었습니다. 사용자들은 스크린세이버를 보면서 컴퓨터보다 더 효과적인 단백질 접힘 방법을 발견했지만 프로그램과 상호 작용할 방법이 없다고 불평했습니다. ^{[ 1 ]} 이로 인해 베이커는 쿠퍼를 영입하여 폴딧(Foldit)을 개발하게 되었습니다.

Foldit은 2008년 5월에 공개 출시되었으며 아마추어 과학자와 게이머로 구성된 활발한 커뮤니티를 자랑합니다. 현재 Foldit은 50만 명이 넘는 사용자를 보유하고 있으며, 전용 위키 사이트, 포럼, 개인(글로벌) 및 비공개 그룹을 위한 IRC 채팅 프로그램, 사용자 프로필, 게임 팁과 단백질 및 관련 과학적 발견에 대한 소식을 제공하는 관리자 운영 블로그를 갖추고 있습니다. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Foldit의 기본 개념은 사람들의 타고난 패턴 인식 및 공간 추론 능력을 활용하여 가능한 단백질 구조를 접는 것입니다. 단백질 접힘을 게임으로, 펼쳐진 단백질을 퍼즐로 취급함으로써 Foldit은 비전문가도 여가 시간에 복잡한 단백질 구조를 연구하고 발전시킬 수 있도록 과학 연구 및 발전을 촉진합니다.

인간은 공간 분석과 패턴 인식에 관해 컴퓨터와 다르게 생각하기 때문에 현재의 컴퓨터 프로그램보다 단백질을 더 잘 접을 수 있습니다. 과학자와 컴퓨터 프로그래머는 게임을 사용하여 단백질 접힘과 관련된 인간의 추론을 연구함으로써 더 나은 코드를 작성할 수 있으며, 이를 통해 컴퓨터는 기계의 속도와 인간의 독창성을 가지고 단백질을 접을 수 있습니다. ^{[ 6 ]}

바이러스는 다른 생물과 마찬가지로 단백질을 사용합니다. 과학자들은 단백질의 구조를 이해함으로써 그 기능을 추론할 수 있습니다. 단백질의 기능과 구조가 알려지면 과학자들은 특정 바이러스 단백질이 제 역할을 하지 못하도록 막는 방법을 만들어 바이러스를 막을 수 있습니다. Foldit을 사용하면 생물학이나 의학 교육을 받지 않은 시민도 다양한 바이러스 감염병을 치료하는 과정을 기하급수적으로 가속화할 수 있습니다. ^{[ 7 ]}

현재 다양한 식물과 조류를 바이오연료로 전환하기 위한 여러 실험이 진행 중입니다. 이 과정은 단백질을 사용하여 식물 물질을 분해함으로써 이루어집니다. Foldit은 이 재생 가능한 연료원을 실현 가능하게 만들기 위해 더 효율적인 단백질을 접는 것을 목표로 합니다. ^{[ 1 ]}

2011년에 Foldit 커뮤니티는 AIDS를 유발하는 Mason-Pfizer 원숭이 바이러스의 단백질 구조 모델을 제출했습니다. 연구자들은 15년 동안 이 단백질의 구조를 밝히기 위해 고군분투해 왔습니다. 퍼즐은 3주 동안 사이트에 게시되었지만, 안정적인 모델은 단 10일 만에 제출되었습니다. 연구자들이 3D 모델을 단백질의 X선 스캔과 비교했을 때 완벽하게 일치했습니다. ^{[ 3 ]}

2012년 1월, Foldit의 게이머들은 단백질 재설계를 크라우드소싱한 최초의 사례가 되었습니다. 과학자들이 처음부터 컴퓨터로 설계한 이 효소는 Diels-Alder 반응을 촉매하고 합성 화학에서 널리 사용됩니다. 연구자들이 효소의 효능을 개선하고자 했을 때, Foldit 플레이어들은 단백질의 구성 요소인 13개의 아미노산을 추가하여 효소를 재설계했습니다. 이러한 변화는 활성의 급격한 증가로 이어졌습니다. ^{[ 8 ]}

• 멀티플레이어 온라인 게임을 이용한 단백질 구조 예측. Seth Cooper, Firas Khatib, Adrien Treuille, Janos Barbero, Jeehyung Lee, Michael Beenen, Andrew Leaver-Fay, David Baker, Zoran Popović 및 Foldit 플레이어. Nature 466, 756-760 (2010).
• 과학적 발견 게임 디자인의 과제. Seth Cooper, Adrien Treuille, Janos Barbero, Andrew Leaver-Fay, Kathleen Tuite, Firas Khatib, Alex Cho Snyder, Michael Beenen, David Salesin, David Baker, Zoran Popović 및 Foldit 플레이어. 디지털 게임의 기초(2010).
• Foldit 쿡북에 나오는 소셜 게임플레이 매크로 분석. Seth Cooper, Firas Khatib, Ilya Makedon, Hao Lu, Janos Barbero, David Baker, James Fogarty, Zoran Popović 및 Foldit 플레이어들. 디지털 게임의 기초(2011).
• 단백질 접힘 게임 플레이어들이 규명한 단량체 레트로바이러스 프로테아제의 결정 구조. 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 및 David Baker. Nature Structural and Molecular Biology 18, 1175–1177 (2011).
• 모노머로 접힌 레트로바이러스 프로테아제의 고해상도 구조. Miroslaw Gilski, Maciej Kazmierczyk, Szymon Krzywda, Helena Zábranská, Seth Cooper, Zoran Popović, Firas Khatib, Frank DiMaio, James Thompson, David Baker, Iva Pichová 및 Mariusz Jaskolskia. Acta Crystallographica D67, 907-914(2011).
• 단백질 접힘 게임 플레이어에 의한 알고리즘 발견. Firas Khatib, Seth Cooper, Michael D. Tyka, Kefan Xu, Ilya Makedon, Zoran Popović, David Baker 및 Foldit 플레이어. 미국 국립과학원 회보(2011).
• Foldit 플레이어에 의해 유도된 골격 재구성을 통한 Diels-Alderase 활성 증가. Christopher B Eiben, Justin B Siegel, Jacob B Bale, Seth Cooper, Firas Khatib, Betty W Shen, Foldit 플레이어, Barry L Stoddard, Zoran Popović 및 David Baker. Nature Biotechnology (2012).