Foldit: как онлайн-головоломка помогла учёным разгадать структуру

Научный инструмент, замаскированный под головоломку. Решение через геймификацию: игроки «сворачивают» трёхмерные модели белков, помогая учёным решать задачи, над которыми десятилетиями бились суперкомпьютеры.

Foldit, разработанная в Вашингтонском университете командой Rosetta@Home, не просто игра.

Замысел амбициозный: привлечь обычных людей (без биологического образования) к решению реальных научных проблем. Конкретно: определить структуру ретровирусной протеазы MPMV (белок вируса иммунодефицита обезьян), которую не могли расшифровать 15 лет. Попутно: улучшить энзим, ускоряющий реакцию Дильса-Адлера, критически важную в производстве лекарств.

Откуда взялась идея? Учёные использовали распределённые вычисления: пока люди спали, их компьютеры перебирали варианты сворачивания белков и показывали процесс на скринсейвере. Участники стали жаловаться: «Мы видим, как компьютер тупит, знаем, куда двигать, но не можем вмешаться!» Тогда в Центре игровой науки и Лаборатории Бейкера создали трёхмерную головоломку.

Геймплей: перед тобой 3D-модель молекулы белка. Меняешь положение каркаса, поворачиваешь фрагменты, рассматриваешь с разных сторон. Компьютер подсвечивает проблемные зоны красным, показывает, какие атомы «конфликтуют». За хорошие решения это очки.

Забавная деталь: разработчик Сет Купер рассказывал, что поначалу игра не цепляла даже сотрудников лаборатории. Добавили таблицу лидеров, и работа чуть не встала: все начали сворачивать белки вместо исследований.

«Поваренная книга», UGC-механика, которой создатели особенно гордятся. Игроки записывают последовательности действий, создают «рецепты» (по сути алгоритмы) и делятся с другими. Однажды исследователи заметили, что рецепт Blue Fuse version 1.1 стал бешено популярным. Один учёный присмотрелся и обомлел: алгоритм был почти идентичен тому, который его лаборатория разрабатывала, но ещё не опубликовала. Люди без биологического образования пришли к тем же выводам, что и профессионалы.

От тренировки к реальным задачам. Первые пару лет игроки «собирали» белки с известной структурой. Потом учёные дали настоящий вызов: протеаза MPMV, нераскрытая 15 лет. Вторая задача: улучшить энзим DA_20_10 (синтез лекарств и пластмасс). Учёные сдались, но дали игрокам пазлы с дедлайном в 7 дней на каждый.

Игроки решили задачу со структурой MPMV за три недели. Команда The Contenders «угадала» верную структуру это подтвердила рентгеновская кристаллография. В знак благодарности игроков включили в число соавторов научной статьи в журнале Nature.

За три недели игроки изменили каркас энзима так, что его активность выросла в 18 раз. В процессе они добавили около 13 новых аминокислот, шаг, на который учёные даже не решились, считая его бесперспективным.