Gamere løste virusgåte

I over ti år har forskere forsøkt å skjønne strukturen på et viktig protein hos et HIV-lignende virus. Gamere løste problemet på tre uker.

Publisert
 (Illustrasjonsfoto: iStockphoto)
(Illustrasjonsfoto: iStockphoto)

Oppdagelsen gir forskere som jobber med å lage AIDS-medisiner nye innfallsvinkler til å blokkere det fryktede viruset.

Det er første gang gamere løser et langvarig vitenskapelig problem på denne måten.

Det blir nok ikke den siste, for denne typen borgerforskning er i ferd med å bre om seg.

Foldit

Bakgrunn innen biokjemi er altså ikke påkrevd for å gjøre en forskjell innen molekylær modellering av virus-proteiner. Det holder med en brukerkonto for onlinespillet Foldit.

Dette er et tredimensjonalt puslespill. Spillerne får en modell av et potein med en ryggrad og sidegrener som de kan flytte på.

Spillet gir dem poeng og rangerer dem på lister etter hvor gode modeller de klarer å lage. Foldit gir spillerne muligheten til å samarbeide og konkurrere.

Bakgrunnskunnskaper trengs ikke, for spillet lærer deg hva som fungerer, og hva som ikke gjør det.

- Formidabel kraft

Prosjektet er et samarbeid mellom biokjemiavdelingen og et senter for spillforskning ved University of Washington i USA.

Formålet har vært å bruke spillernes ferdigheter til å avsløre proteinenes form.

- Spilleres oppfinnsomhet er en formidabel kraft. Om den kanaliseres riktig, kan den brukes til å løse en lang rekke vitenskapelige problemer.

Det sier Firas Khatib ved biokjemiavdelingen, i en pressemelding fra universitetet.

Firas Khatib ved University of Washingtons Department of Biochemistry ledet studien hvor gamere løste et molekylærbiologisk problem som forskerne har slitt med i over ti år. (Foto: University of Washington)
Firas Khatib ved University of Washingtons Department of Biochemistry ledet studien hvor gamere løste et molekylærbiologisk problem som forskerne har slitt med i over ti år. (Foto: University of Washington)

Arbeidshester

Når forskere skjønner den tredimensjonale strukturen til proteiner, skjønner de også mye mer av hvordan proteinene gjør jobbene sine inne i celler.

Proteinene er arbeidshestene i hver celle i alle levende organismer, og de er involvert i nesten alle prosesser i kroppene våre. De er like viktige i virus.

I det HIV-lignende apeviruset Mason-Pfizer (M-PMV) finnes et protein som spiller en kritisk rolle for hvordan viruset modnes og formerer seg.

Det pågår intensiv forskning for å lage medisiner som blokkerer slike proteiner. Men uten å vite den nøyaktige formen på virusproteinet, har dette arbeidet med M-PMV vært vanskelig.

Resultat

Problemet er nå løst av spillere i Foldit.

Proteinformen ble avslørt i en forskningsartikkel i tidsskriftet Nature på søndag, og to av spillergruppene er kreditert for innsatsen ved å stå oppført som forfattere på studien.

De to gruppene kaller seg Foldit Contenders Group og Foldit Void Crushers Group. I studien refereres det spesielt til løsningene som ble levert av tre spillere ved navn ‘spvincent’, ‘grabhorn’ og ‘mimi’.

At spillere avslørte proteinfoldingen på denne måten indikerer muligheten online dataspill har til å kanalisere menneskelig intuisjon og tredimensjonal mønstergjenkjennelse for å løse vitenskapelige problemer, mener forskerne.

Spillerne har nemlig fått til noe de ikke klarte med sine dataprogrammer. Menneskelig intuisjon har seiret der automatiserte metoder feilet.

Innebygget løsning

All informasjon som trengs for å bestemme en proteinstruktur, eller måten proteinet folder seg selv på, ligger i proteinets aminosyresekvens.

Denne sekvensen kan forskerne bestemme ved hjelp av moderne sekvenseringsteknologi.

Men det vi står overfor da, er bare en lang kjede med aminosyrer. I virkeligheten folder proteinet seg sammen til en kompakt klump, og oppnår stabilitet.

Vi vet at proteiner alltid folder seg i den formen som krever minst energi for den bestemte aminosyresekvensen. Med denne regelen på bordet, ligger løsningen altså innebygget i sekvensen.

For datamaskiner er det likevel en vanskelig jobb å avsløre foldingen, fordi det finnes så utrolig mange mulige konfigurasjoner som må sjekkes.

Romlig resonnement

Her har menneskene en fordel med sin mer intuitive tilnærming.

Foldit har flere tusen spillere fra ulike steder i verden. Spillet utnytter deres romlige evner til å rotere kjedene av aminosyrer i cyberspace. Nye spillere starter på et grunnleggende nivå, og beveger seg etter hvert oppover.

Her kan du se hvordan ett av puslespillene i Foldit ser ut:

Skjermdump fra Foldit som viser spillets puslespill nummer 48, et ufoldet og ustabilt protein. (Foto: (Illustrasjon: Foldit))
Skjermdump fra Foldit som viser spillets puslespill nummer 48, et ufoldet og ustabilt protein. (Foto: (Illustrasjon: Foldit))

 

Skjermdump fra Foldit som viser løsningen på spillets puslespill nummer 48, et foldet og stabilt protein. (Foto: (Illustrasjon: Foldit))
Skjermdump fra Foldit som viser løsningen på spillets puslespill nummer 48, et foldet og stabilt protein. (Foto: (Illustrasjon: Foldit))

De ulike samarbeidsgruppene sender inn sine løsninger til forskerne, som kontinuerlig forbedrer spillet ved å analysere spillernes strategier for problemløsning. Forskerne serverer også stadig nye utfordringer til spillerne.

- Folk har en evne til romlige resonnement, noe datamaskiner ikke er så flinke til, sier Seth Cooper ved universitetets Department of Computing Science and Engineering.

- Spill gir et rammeverk for å bringe sammen styrkene til mennesker og datamaskiner. Resultatene i denne ukens studie viser at spill, forskning og dataregning kan kombineres til å gjøre fremskritt som ikke var mulige tidligere, sier Cooper.

I motsetning til datamaskinene har menneskene dessuten en evne til å oppdage en blindvei tidlig, og stoppe. Vi er også gode til å ta kortsiktige risikoer for å vinne noe på lang sikt.

Noviser blir eksperter

- Foldit viser at et spill kan gjøre noviser til eksperter som er i stand til å produsere førsteklasses vitenskapelige oppdagelser, sier Zoran Popovic, direktør for universitetets Department of Computing Science and Engineering.

- Vi er nå i ferd med å bruke den samme tilnærmingen og å endre måten matte og naturvitenskap undervises i skolen, sier han.

Såkalt crowdsourcing og distribuert databehandling er fenomener som stadig blir viktigere innen forskning.

De første prosjektene av denne typen tok bare i bruk regnekraften til deltagernes datamaskiner, for eksempel for å sortere gjennom store mengder data.

Prosjektet [email protected] var tidlig ute i 1999, og brukte deltagernes datakraft til å sortere data fra radioteleskoper på jakt etter romvesen. Mange lignende prosjekter har kommet til etterpå.

Distribuert tenking

Nå er forskerne i ferd med å oppdage evnene til datamaskinenes eiere.

[email protected] satte for eksempel mennesker i sving med å se gjennom store mengder bilder for å finne stjernestøv i samlebrettet til en romsonde fra NASA.

Med Foldit er datamaskinenes eiere i full gang med å bruke ikke bare observasjonsevne, men egen tankekraft til å løse problemer. Foldit-prosjektet kan kalles distribuert tenking.

Når det gjelder proteinfoldingen til M-PMV, har oppdagelsen av proteinets struktur umiddelbart åpnet nye muligheter for design av medisiner mot retrovirus.

Flere trekk ved overflaten på det avslørte proteinet står nemlig frem som mulige mål for medisiner som søker å hindre det i å gjøre jobben sin i viruset.

I denne Nature-videoen fra 2010 kan du se hvordan spillerne jobber i Foldit:

 

Referanse:

Firas Khatib, Frank DiMaio, Foldit Contenders Group, Foldit Void Crushers Group, Seth Cooper, Maciej Kazmierczyk, Miroslaw Gilski, Szymon Krzywda, Helena Zabranska, Iva Pichova, James Thompson, Zoran Popović, Mariusz Jaskolski og David Baker; Crystal structure of a monomeric retroviral protease solved by protein folding game players; Nature Structural & Molecular Biology; 18. september 2011.

Lenker:

Spillet: Foldit

Nature: Citizen science: People power (artikkel om borgerforskning fra 2010)