ХроникаСмена власти в СирииОбновлено в 20:37

Геймеры научились предсказывать структуру белка лучше ученых

Москва. 20 сентября. INTERFAX.RU - Американские ученые пришли к выводу, что компьютерные игроки, использующие краудсорсинговую платформу, способны предсказывать кристаллическую структуру белков более эффективно, чем специалисты или компьютерные алгоритмы, пишет сайт N+1 со ссылкой на журнал Nature Communications.

Предсказание структуры белка (конфигурации в пространстве, которую принимает его аминокислотная последовательность) имеет фундаментальное значение для медицины, биотехнологий, биоинформатики и теоретической физики. При этом сложный и трудоемкий процесс предсказания в современных условиях имеет ограниченную точность — около 85 процентов содержащихся в базах данных моделей кристаллических структур белков содержат существенные ошибки. Поэтому ученые постоянно работают над совершенствованием методик предсказания с целью максимально повысить их точность. В последнее время значительно повысился интерес к использованию в этих целях распределенных вычислений, машинного обучения и краудсорсинговых платформ.

Соревнование ученых и геймеров

Сотрудники Университетов Мичигана, Вашингтона, Массачусетса и Северо-Восточного университета в Бостоне провели соревнование по предсказанию структуры белка

по карте электронных плотностей, полученной методом рентгеновской кристаллографии. В нем приняли участие два квалифицированных специалиста, 61 студент-биохимик (все они использовали специальное программное обеспечение), два различных компьютерных алгоритма (Phenix Autosolve и MR-Rosetta) и игроки в онлайновую игру Foldit, которых в итоге набралось 469 человек. Задача этой игры состоит в ручном подборе конфигурации белка, имеющей наименьшую энергию, поскольку такая его трехмерная структура с наибольшей вероятностью соответствует реальности. Чем более правдоподобна конфигурация, тем больше пользователь получает очков. Геймеры могут кооперироваться и составлять команды, работающие над одним и тем же белком.

В качестве исходного материала всех участников снабдили аминокислотной последовательностью, предсказаниями вторичной структуры и картой электронных плотностей дрожжевого белка YPL067C. Этот белок был выбран потому, что он не имеет значительного сходства с какой-либо структурой из всемирной базы данных Protein Data Bank (PDB). Кроме того, как было показано в предыдущих работах, YPL067C может предотвращать токсическое действие амилоида — белка, накопление которого в мозге лежит в основе развития болезни Альцгеймера.

Соревнующиеся использовали различные подходы к решению задачи. Ученые и студенты работали поодиночке, в основном полагаясь на поиск подходящих позиций для крупных ароматических аминокислот. Среди игроков в Foldit наилучший результат показала группа, участники которой объединили усилия: один выступал первопроходцем, расставляющим ключевые элементы, а остальные проводили тонкую доводку структур, используя разнообразные подходы и приемы (на видео ниже).

Ученые проверили результаты с помощью специальной программы Molprobity, сравнив ключевую кристаллографическую статистику полученных моделей. Результат игроков в Foldit потребовал коррекции (удаления неорганизованных аминокислотных остатков), связанной с ограничениями игрового процесса. В итоге наилучшая из моделей, созданных геймерами, стала победителем соревнования и одной из лучших моделей схожего разрешения (1,95±0,25 ангстрем) в PDB.

Основной вывод

"Это показывает, что любой человек с хорошим трехмерным воображением может сделать нечто, ранее доступное только ученым, и таким способом помочь научному прогрессу", — прокомментировал результаты исследователь Джеймс Бардуэлл (James Bardwell). Другой автор работы Скотт Хоровитц (Scott Horowitz) выразил намерение использовать Foldit для обучения студентов. Ученые также планируют включить некоторые приемы, придуманные геймерами, в лабораторное программное обеспечение.

Об игре Foldit

Первая версия игры Foldit, разработанной в Вашингтонском университете как площадка для краудсорсинговых исследований, стала доступна в мае 2008 года. За время ее существования геймеры помогли сделать несколько важных открытий. Так, в 2010 году более 57 тысяч игроков, предсказавших структуру белка точнее, чем машинный алгоритм, были коллективно указаны в качестве авторов публикации в журнале Nature.

Годом позже любители Foldit помогли выяснить кристаллическую структуру ретровирусной протеазы обезьяньего вируса Мэйсона-Пфайзера — на решение задачи, с которой никто не мог справиться в течение 15 лет, у них ушло всего 10 дней. В 2012 году геймеры cмогли усовершенствовать искусственный фермент, разработанный компьютерным моделированием для катализа реакции Дильса-Альдера — добавление 13 аминокислот повысило активность фермента более чем в 18 раз. Впоследствии катализирующий эту реакцию фермент обнаружили в живой природе.

Хроники событий
Военная операция на УкраинеВоенная операция на Украине5553 материалов
80-летие Победы в Великой Отечественной войне80-летие Победы в Великой Отечественной войне9 материалов
Обострение палестино-израильского конфликтаОбострение палестино-израильского конфликта2054 материалов
Ставка ЦБ РФСтавка ЦБ РФ20 материалов
Смена власти в СирииСмена власти в Сирии93 материалов
window.yaContextCb.push( function () { Ya.adfoxCode.createAdaptive({ ownerId: 173858, containerId: 'adfox_151179074300466320', params: { p1: 'csljp', p2: 'hjrx', puid1: '', puid2: '', puid3: '' } }, ['tablet', 'phone'], { tabletWidth: 1023, phoneWidth: 639, isAutoReloads: false }); setTimeout(function() { if (document.querySelector('[id="adfox_151179074300466320"] [id^="adfox_"]')) { // console.log("вложенные баннеры"); document.querySelector("#adfox_151179074300466320").style.display = "none"; } }, 1000); });