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游戏与科学牵手,游戏玩家助科学家创造蛋白质添加时间:2019-06-07

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  近日,在一项发表于《自然》的最新研究中,来自美国多家研究机构的科学家证实,游戏玩家们已能够从一条多肽链开始,在线模拟设计出多种蛋白质三维结构和其对应的氨基酸序列。

  研究人员在实验室中测试了 146 种由游戏玩家设计的蛋白质,其中有 56 种能够在溶液中维持稳定的折叠结构。这一发现表明,游戏玩家的确能够帮助科学家完成复杂的任务,比如创造出可以真实存在的蛋白质结构。

  或许在不久的将来,这些玩家也能设计出可作为有效候选疫苗或抗癌药物的蛋白质。

  要知道,设计自然界不存在的全新蛋白质可是一项颇具挑战性,游戏玩家是怎么做到的?

  这就不得不提创立于 2008 年的 Foldit,它致力于将这类蛋白质研究“游戏化”。它由华盛顿大学的计算机科学和工程学系和生物化学学系联合共同开发。可提供一系列教程,让用户试着操纵简单的类蛋白质构造,并定期更新以真实蛋白质结构为基础的谜题。该程序让用户在工具辅助解谜,就能够得出实际的蛋白质模型。每当结构被变动,一个"分数"会根据折叠的完善程度给出。Foldit 用户可以创立加入小组,分享各自的方案。也有小组高分榜。

  Foldit 尝试利用人脑天生的三维 pattern matching 能力。目前该程序出的谜题都是基于已被人们清楚了解的蛋白质;通过分析人类在解这些谜题时的直觉思考途径,研究者希望能改进现有蛋白质折叠软件所用的算法。

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  “很多人尝试通过分子替代的方法解决M-PMV 的晶体结构问题,但都失败了,于是我们向蛋白质折叠游戏 Foldit 的玩家发起了挑战,让他们制作该蛋白质的精确模型。出人意料的是,这些玩家制作的模型质量很高,可成功地用于分子替代和结构判断。这种更准确的结构为设计抗逆转录病毒药物提供了新的见解。”Foldit 首席设计师 Seth Cooper 说到,人类具有空间推理能力,这是计算机所不擅长的。游戏则提供了一个框架,把计算机和人类的优势整合到一起。

  早在 2011 年,游戏玩家们仅用了三周时间就解决了一个困扰科学家好几年的难题——一群玩家通过玩游戏发现了一种蛋白质的结构,这种蛋白质在艾滋病毒生长过程中起到了至关重要的作用。该发现标志着人类有望在艾滋病毒(HIV)和艾滋病(AIDS)研究领域获得重大突破。这一成果刊登在《自然—结构与分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志上。

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