Nytt dataspill gjør deg til genforsker

Hvor flink er du til å matche dna-fragmenter til hverandre? I dataspillet Phylo kan du teste deg selv og samtidig donere tankekraften din til genforskningen.

Publisert
(Grafikk: Skjermdump fra Phylo)
(Grafikk: Skjermdump fra Phylo)

Om Phylo-prosjektet

«Phylo» bygger på data fra «UCSC Genome Browser», som er en oppdatert database for genomsekvenser fra dyr og mennesker.

I spillet skal spillerne forsøke å optimere de sammenstillingene av dna-sekvenser som datamaskinen har laget på forhånd.

Når prosjektet er ferdig, vil de forbedrede genomsammenstillingene bli tilgjengelige på Phylos hjemmeside, og resultatene vil bli presentert i en vitenskapelig artikkel.

DNA

Dna er den koden som styrer cellene våre.

En dna-kode er en lang streng som er bygget opp av bare fire forskjellige nukleotider.

Det er fire forskjellige nukleotider, som bygger på fire forskjellige baser: adenin (A), thymin (T) cytosin (C) og guanin (G).

Det er rekkefølgen av de fire forskjellige basene som avgjør hva som står i dna-koden.

I spillet Phylo er hver base oversatt til en bestemt farge som du så skal forsøke å matche.

Spillereglene

I Phylo skal du forsøke å skyve rekkene til høyre og venstre, slik at de passer best mulig i hver kolonne.

Et poengsystem forteller hvor godt du har klart det.

For hver kolonne, hvor alle kasser har samme farge, får du 1 poeng.

For hver kolonne som ikke matcher, får du -1 poeng.

Hvis du får et hull i en av rekkene (et såkalt «Gap») får du -5 poeng.

Hvis et hull følges av et nytt hull, så gir det neste hullet -1 poeng.

Det gjelder altså å unngå hullene – likevel kan de noen ganger være nødvendige for å få puslespillet til å gå opp.

Poengsystemet er en utbredt måte å vurdere sammenstillingen av dna-sekvenser.

Det kan være pinlig hvis en lærer, professor eller sjef oppdager at du sitter og spiller dataspill på nettet.

Men hvis du kaster deg over dataspillet Phylo, kan du med god samvittighet fortelle ham at du «bare hjelper noen forskere med en viktig dna-sammenligning».

Phylo er nemlig ikke bare underholdende tidsfordriv, det er en måte å donere hjernekapasiteten din til vitenskapen.

I spillet skal du sammenligne og matche dna-sekvenser for en rekke forskjellige arter, og her tyder mye på at menneskehjerner kan finne fram til bedre løsninger enn datakraft.

Derfor håper forskerne bak Phylo at resultatene fra spillet kan brukes til å forbedre kunnskapen vår om hvordan mennesker og dyr har utviklet seg, og hvordan forskjellige genetiske sykdommer er oppstått.

Slik spiller du Phylo

Computerspillet Phylo er utviklet av forskere på McGill University i Canada, og selv om det er ment som et forskningsredskap, så er det lagt stor vekt på at det skal være enkelt og innbydende.

Du blir presentert for to eller flere rekker av fargede kasser. Du skal sette sammen kassene slik at fargene passer så godt som mulig i hver loddrette kolonne.

Hver rekke representerer en bit av dna-et til en skapning, og hver fargede kasse representerer en av de fire basene som en dna-streng er bygget opp av. Som spiller skal man altså prøve å finne ut hvor godt man kan få disse dna-fragmentene til å passe sammen.

Ved å matche dna fra forskjellige arter, kan man identifisere områder i genomet som er likt, og som altså er blitt bevart gjennom mange års evolusjon.

– På den måten kan man finne ut hvor mye dna ulike arter har til felles, og hvordan de er i familie med hverandre, forklarer Jerome Waldispuhl, som fikk ideen til spillet for omkring tre år siden.

Hvilken sykdom vil du kjempe mot?

I spillet gjelder det altså å identifisere de områdene som er like. Ikke bare for å kartlegge evolusjonstrær, men også for å lære mer om genetiske sykdommer.

– Hvis noen områder er identiske mellom alle arter, så betyr det sannsynligvis at det er en grunn til det. En av mulighetene er at disse områdene er funksjonelt viktige og at en mutasjon dermed kan skape en alvorlig sykdom, forklarer Waldispuhl.

Derfor har man i Phylo mulighet for å velge om man vil spille med dna-biter som er knyttet til med spesielle sykdommer – man kan for eksempel velge om man vil kjempe mot kreft, nervesykdommer eller hjerteproblemer.

Så selv om man ikke plutselig finner kuren mot kreft mens man spiller, så er man med på å optimere det grunnlaget som veldig mye genetisk forskning bygger på og det er et viktig arbeid.

– Forståelsen vår av genomer er i høy grad avhengig av om man har fått matchet dna-biten på en skikkelig måte, sier Waldispuhl.

I Phylo blir du presentert for dna fra forskjellige arter, som du skal matche med hverandre. Likheter mellom forskjellige arter kan fortelle om hvordan dna-et har utviklet seg og mutert gjennom dyr og menneskers evolusjon. (Grafikk: Skjermdump fra Phylo)
I Phylo blir du presentert for dna fra forskjellige arter, som du skal matche med hverandre. Likheter mellom forskjellige arter kan fortelle om hvordan dna-et har utviklet seg og mutert gjennom dyr og menneskers evolusjon. (Grafikk: Skjermdump fra Phylo)

Datamaskiner kommer til kort

Umiddelbart skulle man kanskje tro at man bare kunne sette alle dna-sekvensene inn i en superdatamaskin, som lett kunne finne ut hvordan de passet optimalt sammen.

Men sammenligning – eller sammenstilling – av dna-sekvensene er et matematisk problem som er svært vanskelig å beregne.

– Selv om datamaskiner kan regne med høy fart og presisjon, så finnes det problemer som antagelig ikke kan løses raskt, forklarer Christian Storm Pedersen, som er førsteamanuensis i bioinformatikk ved Aarhus universitet.

Det er et såkalt NP-hardt problem, noe som vil si at det sannsynligvis ikke finnes en rask måte å finne en optimal løsning på. Når en datamaskin skal beregne en optimal dna-sekvens-sammenligning, så vil beregningstiden vokse som n^k – det vil si antall tegn opphøyd i antall sekvenser.

– Hvis vi for eksempel skal lage en sammenstilling av 10 rekker med 100 tegn i hver, så kreves 100^10, altså 100 trillioner operasjoner. Og selv om vi antar at en rask datamaskin kan utføre en milliard av disse i sekundet, så tar det fremdeles 3169 år å gjennomføre beregningen, forklarer Storm Pedersen.

Menneskehjerner kan noe spesielt

En datamaskin kan altså ikke finne den perfekte løsningen, i stedet kan den lage noen forenklede beregninger som finner en OK løsning. Og her har menneskehjernen muligens overtaket.

Menneskets hjerne er gjennom mange års evolusjon blitt optimert til å tenke abstrakt, til å reagere intuitivt på sansene våre og til å kjenne igjen mønstre, og det er vi faktisk blitt ganske gode til.

– Kort sagt kan et menneske tenke og være kreativt. En datamaskin kan bare avvikle en samling faste instrukser, påpeker Storm Pedersen.

Et eksempel så man i dataprogrammet «Foldit» fra 2008, hvor forskere lot mennesker konkurrere med dataalgoritmer om å brette proteiner. Det viste seg faktisk at menneskene i flere tilfeller fant en løsning som var bedre enn den datamaskinen klart å finne.

Forbedringer innarbeides

Det samme håper Jerome Waldispuhl og kollegene hans å kunne utnytte gjennom Phylo.

De rekkene som dukker fram på skjermen i Phylo, er trukket ut fra en kjempestor database av dna som er laget av en forenklet dataalgoritme.

Når Phylo-spilleren har gjennomført et spill og kommet med forslag til hvordan sekvensene kan matches, blir løsningene sendt videre til de kanadiske forskerne, som prøver å sette dem inn i sin database av dna-sammenstillinger.

Hvis løsningene forbedrer det samlede bildet, blir de blitt med. På den måten optimerer man den sammenstillingen som er grunnlaget for mye genetisk forskning.

Doner hjerneaktiviteten din til forskning

Waldispuhl og kollegene hans planlegger å skrive en vitenskapelig artikkel på bakgrunn av resultatene.

Uansett hvor mye resultatene kan brukes til, så påpeker Christian Storm Pedersen at Phylo kan bli et nyttig redskap når det gjelder undervisning og forskningsformidling.

– Jeg synes Phylo-spillet illustrerer hva en dna-sammenligning er, og derfor kan det være et svært fint supplement til forklaring av emnet. Det er et spennende område og et godt utstillingsvindu for forskning, sier han.

Og selv om han fortsatt ikke er sikker på om dna-sammenstilling faktisk kan optimeres med menneskehjelp, så er han begeistret for ideen.

– Det gir mulighet for å utnytte mye kreativitet til å få spennende input til løsning av et vanskelig problem. At det finnes prosjekter hvor man på den måten kan donere hjerneaktiviteten sin, synes jeg har spennende perspektiver for de rette typene problemer, sier han.

Når det gjelder å analysere et abstrakt problem, kan hjernen din være bedre enn en superdatamaskin. Du kan teste dine egne evner i Phylo her. (Grafikk: Skjermdump fra Phylo)
Når det gjelder å analysere et abstrakt problem, kan hjernen din være bedre enn en superdatamaskin. Du kan teste dine egne evner i Phylo her. (Grafikk: Skjermdump fra Phylo)

____________________________________

 

Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Lenker:

Spill Phylo!

Christian Storm Pedersens hjemmeside ved Aarhus universitet