玩遊戲也能發Nature：Foldit 玩家設計出全新蛋白質分子
圖片來源：Institute for Protein Design/UW Medicine
Foldit 是一個蛋白質設計遊戲，經過十多年的改進，如今玩家們已經可以用它設計自然界中不存在的蛋白質，一些設計成果已經通過了科學家的實驗檢驗，被證明可以穩定存在。由此誕生的首批研究成果於 6 月 5 日發表在Nature上。
來源 University of Washington Health Sciences/UW Medicine
翻譯 劉悅晨
編輯 戚譯引
Foldit 更新了新玩法，如今大眾也可以幫助蛋白質研究人員創造新的疫苗、設計新的癌症治療法了，這些玩家被稱為「公民科學家」（citizen scientists）。
一群研究者們將他們的畢生所學做成了一個電腦遊戲——Foldit。這款遊戲的開發者們最初的希望是鼓勵更多的人通過參與遊戲的方式來參與合成蛋白質的研究。從這款遊戲衍生出的首批研究成果於 6 月 5 日在Nature上發表。該研究由多家機構合作完成，由華盛頓大學醫學院蛋白質設計研究所主導。
「在現實中可能存在的蛋白質比宇宙中的原子還多。如今，幾乎任何人都可以參與到對於蛋白質宇宙的探索當中，這件事真是讓人興奮不已！」這篇論文的高級合著者、威斯康星大學醫學院生物化學教授兼蛋白質設計研究所所長 David Baker 這樣說道。
「我為參與到這項遊戲當中的玩家們想像出來的蛋白質分子的多樣性感到震驚！」論文第一作者、蛋白質設計研究所博士後研究員 Brian Koepnick 說，「這些被創造出來的蛋白質絕不遜色於擁有博士學位的科學家們製造出來的東西。」
Foldit 誕生於 2008 年，旨在將蛋白質研究遊戲化。蛋白質是存在於每個生物體的每個細胞內的重要生物大分子。它們錯綜複雜的三維結構賦予了它們多種生物學功能，包括消化、傷口癒合、自身免疫等等。
通過 Foldit，玩家們幫助科學家們確定了 HIV 相關蛋白的結構，並改善了某些具有重要作用的酶的活性。但是直到最近，Foldit 玩家只能在已經存在的蛋白質上進行改動，無法自行設計新的蛋白質分子。
「設計自然界中並不存在的新的蛋白質分子，這長時間以來都是 Foldit 這款遊戲的設計目的，」這篇論文的高級合著者、美國東北大學 Khoury 計算機科學學院助理教授 Seth Cooper 說，「這次發表的最新成果說明了這一思路是可行的。」
為了將 Foldit 變成一個真正的蛋白質設計平台，研究人員將生物化學知識編入遊戲。這樣，在 Foldit 中設計出的得分較高的分子更有可能在現實世界中按照預期摺疊出來。
「我們沒有給遊戲玩家們進行任何形式的講座，或告訴他們需要提前閱讀任何內容。多年來，我們所做的只是不斷調整遊戲的源代碼，」這篇論文的高級合著者、馬薩諸塞大學達特茅斯分校計算機科學助理教授 Firas Khatib 說。
科學家在實驗室中測試了 146 種由 Foldit 玩家設計出來的蛋白質，發現其中有 56 種結構穩定。這一結果表明遊戲玩家的奇思妙想已經化為現實，他們創造了一些在現實中能夠真實存在的蛋白質。研究人員收集了其中 4 種新的蛋白質分子的足量數據，證明它們的結構符合設計的意圖。Khatib 說：「我從沒想到玩家們能做得這麼好，但是 Foldit 的玩家們總能產出讓我們驚訝的奇思妙想。」
製作新的蛋白質，有點像嘗試用比人類頭髮絲細一百萬倍的繩索來打結，而且要打出從未見過的結。迄今為止，只有一小部分專家對生物分子的摺疊方式有著深入的了解，並且這項極為複雜的任務仍然令他們感到困擾。大多數人的研究使用的是自動化分子設計演算法，但是這些演算法給出的計算結果大多數都是不成功的。
「我們總是在試圖優化演算法，但是實際上人的因素才是關鍵，」Khatib 說，「事實上，通過 Foldit 設計，玩家甚至發現了 Rosetta 能量函數的缺陷——那是我們目前最先進的蛋白質設計方法。」
蛋白質設計是一門新興的學科。在過去的五年中，蛋白質設計研究所的專家和他們的同事創造了刺激免疫系統的蛋白質來對抗癌症，還有一些蛋白質成了疫苗的候選分子。4 月，蛋白質設計研究所通過由 TED 組織的慈善合作項目 The Audacious Project 獲得了 4500 萬美元的資金，用於蛋白質疫苗、藥物和材料等項目的設計研發。
那麼，遊戲玩家們有可能創造下一個重磅藥物嗎？
「Foldit 的玩家們是蛋白質研究隊伍當中的新成員，」Khatib 說，「他們雖然不是精銳部隊，但他們仍然是這個研究隊伍中一個了不起的資源。」
https://eurekalert.org/pub_releases/2019-06/uowh-vgd060319.php
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