Människor utövar stora mängder problemlösning ansträngning att spela datorspel. Enkla bild-och text-erkännande uppgifter har framgångsrikt "crowd-sourced" genom spel 1-3, men det är inte klart om mer komplexa vetenskapliga problem kan lösas med humandirected computing. Protein struktur förutsägelse är ett sådant problem: lokalisering av biologiskt relevant infödd konformation av ett protein är en formidabel beräkningsutmaning med tanke på den mycket stora storleken på sökområdet. Här beskriver vi Foldit, ett flerspelar online spel som engagerar icke-forskare i att lösa svåra förutsägelser problem. Foldit spelare interagerar med proteinstrukturer med hjälp av direkt manipulation verktyg och användarvänliga versioner av algoritmer från Rosetta struktur förutsägelse metod 4, medan de konkurrerar och samarbetar för att optimera den beräknade energin. Vi visar att topprankade Foldit spelare utmärker sig för att lösa utmanande strukturförfining problem där betydande ryggrad omarrangemang är nödvändiga för att uppnå begravning av hydrofobiska rester. Spelare som samarbetar utvecklar ett rikt sortiment av nya strategier och algoritmer; till skillnad från beräkningsmetoder utforskar de inte bara konformationsutrymmet utan också utrymmet för möjliga sökstrategier. Integrationen av mänskliga visuella problemlösnings- och strategiutvecklingsmöjligheter med traditionella beräkningsalgoritmer genom interaktiva flerspelarspel är en kraftfull ny metod för att lösa beräkningsbegränsade vetenskapliga problem. Även om det har varit känt i över 40 år att de tredimensionella strukturer av proteiner bestäms av deras aminosyrasekvenser 5, proteinstruktur förutsägelse förblir ett i stort sett olöst problem för alla utom de minsta proteindomäner. Den state-of-the-art Rosetta struktur förutsägelse metod, till exempel, begränsas främst av konformationell provtagning; den inhemska strukturen har nästan alltid lägre energi än någon icke-nativ konformation, men den fria energilandskap som måste sökas är extremt stora-till och med små proteiner har i storleksordningen 1000 grader frihet-och robust på grund av ogynnsam atom-atom repulsion som kan dominera energin även ganska nära den inhemska staten. För att söka i detta landskap använder Rosetta en kombination av stokastiska och deterministiska algoritmer: återuppbygga alla eller en del av kedjan från fragment; slumpmässig perturbation till en delmängd av ryggraden torsion vinklar; kombinatoriell optimering av protein sida-kedja konformationer; gradient-baserad energiminimering; och energiberoende acceptans eller avvisande av strukturförändringar 6-8. Vi antog att människans rumsliga resonemang skulle kunna förbättra både provtagningen av konformationsutrymme och fastställandet av när man ska sträva efter suboptimala konformationer om de stokastiska elementen i sökningen ersattes med mänskligt beslutsfattande samtidigt som de deterministiska Rosetta-algoritmerna behölls som användarverktyg. Vi utvecklade ett multiplayer online-spel, Foldit, med målet att producera exakta proteinstruktur modeller genom gameplay ( Bild.
Foldit REF är ett flerspelarspel online vars spelare interagerar med proteinstrukturer medan de konkurrerar och samarbetar för att optimera den beräknade energin.
Predicting protein structures with a multiplayer online game
{'venue': 'Nature', 'journal': 'Nature', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Computer Science', 'Biology']}