游戏与科学牵手,游戏玩家助科学家创造蛋白质
近日,在一項發表于《自然》的最新研究中,來自美國多家研究機構的科學家證實,游戲玩家們已能夠從一條多肽鏈開始,在線模擬設計出多種蛋白質三維結構和其對應的氨基酸序列。
研究人員在實驗室中測試了 146 種由游戲玩家設計的蛋白質,其中有 56 種能夠在溶液中維持穩定的折疊結構。這一發現表明,游戲玩家的確能夠幫助科學家完成復雜的任務,比如創造出可以真實存在的蛋白質結構。
或許在不久的將來,這些玩家也能設計出可作為有效候選疫苗或抗癌藥物的蛋白質。
要知道,設計自然界不存在的全新蛋白質可是一項頗具挑戰性,游戲玩家是怎么做到的?
這就不得不提創立于 2008 年的 Foldit,它致力于將這類蛋白質研究“游戲化”。它由華盛頓大學的計算機科學和工程學系和生物化學學系聯合共同開發。可提供一系列教程,讓用戶試著操縱簡單的類蛋白質構造,并定期更新以真實蛋白質結構為基礎的謎題。該程序讓用戶在工具輔助解謎,就能夠得出實際的蛋白質模型。每當結構被變動,一個"分數"會根據折疊的完善程度給出。Foldit 用戶可以創立加入小組,分享各自的方案。也有小組高分榜。
Foldit 嘗試利用人腦天生的三維 pattern matching 能力。目前該程序出的謎題都是基于已被人們清楚了解的蛋白質;通過分析人類在解這些謎題時的直覺思考途徑,研究者希望能改進現有蛋白質折疊軟件所用的算法。
“很多人嘗試通過分子替代的方法解決M-PMV 的晶體結構問題,但都失敗了,于是我們向蛋白質折疊游戲 Foldit 的玩家發起了挑戰,讓他們制作該蛋白質的精確模型。出人意料的是,這些玩家制作的模型質量很高,可成功地用于分子替代和結構判斷。這種更準確的結構為設計抗逆轉錄病毒藥物提供了新的見解。”Foldit 首席設計師 Seth Cooper 說到,人類具有空間推理能力,這是計算機所不擅長的。游戲則提供了一個框架,把計算機和人類的優勢整合到一起。
早在 2011 年,游戲玩家們僅用了三周時間就解決了一個困擾科學家好幾年的難題——一群玩家通過玩游戲發現了一種蛋白質的結構,這種蛋白質在艾滋病毒生長過程中起到了至關重要的作用。該發現標志著人類有望在艾滋病毒(HIV)和艾滋病(AIDS)研究領域獲得重大突破。這一成果刊登在《自然—結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)雜志上。
除此之外,另一款游戲《EVE Online》的玩家們也曾創造過一項驚人舉動:兩年時間,三十萬《EVE》玩家聯手完成了 3300 萬個蛋白質圖譜的分類工作。
《EVE Online》是一個大型星戰網游,作為一款已經運營了十幾年的游戲,《EVE》在各方面都是一個的的確確的小眾游戲。即使是偶爾走進大眾視野的時候,也往往靠的是一些奇特的小道新聞,例如一場戰爭燒掉百萬人民幣;一名玩家用幾年時間策劃復仇拉;用信標點亮星空紀念霍金拉;國際服封禁中文 MOD,玩家自發有組織的學習英語拉,等等。《EVE》和它的玩家們在這個快節奏化、碎片化的電子游戲年代,真的算是特立獨行了。
2016 年,《EVE》的官方 CCP Games 就和瑞典的人類蛋白質圖譜項目組進行了合作,開始了名為“探索計劃(Project Discovery)”的特殊項目:將人類細胞的蛋白質染色體進行分類和鑒定,由于目前 AI 和電腦在圖像分辨上的能力還有所不足,所以像蛋白質圖譜這樣大量的分類工作還是要依靠人工來解決。
上千萬份的圖像分類工作,靠鳳毛麟角的科學家明顯是不夠的,普通的科學志愿者數量也依然有限,而“探索計劃”則將有閑數量又龐大的網絡游戲玩家發掘了出來。《EVE》制作組在游戲中加入了一個獨立的小游戲,通過化身為 NPC 的科學家的引點和詳細的教程,《EVE》的玩家可以通過這個小游戲對成千上萬個蛋白質染色體進行分類。
CCP 也為參與的玩家準備了“酬勞”,每位完成度達標的參與者都能獲得少量的游戲幣、游戲時裝、艦船裝備等的獎勵。由于《EVE》游戲自由化、慢節奏的特殊性,很多時候玩家都很樂意在沒事干的時候支持一把人類科學研究。這個分類蛋白質的小游戲一經上線,就受到了《EVE》玩家這樣一個“小眾硬核、偏好科幻”的群體強烈的反響,幾乎達到了“人人參與”的規模---就是游戲新版本開放,也沒見他們有這么大反應。
經過兩年時間,在 30 萬《EVE》玩家的共同努力下,3300 萬個蛋白質圖譜被分類完畢。人類蛋白質圖譜的完善對于全人類的醫療、生物研究都有極大的幫助。瑞典的科學家們也在前幾日也將這一成果公開,供全世界科學家使用。
而“探索計劃”不僅僅對人類社會做出了貢獻,也打破了電子游戲和科學研究之間的“次元壁”:咱們這些宅在家里打電動的肥宅,也能算半個科學家了!
沒想到吧,打游戲也能對人類科學事業有所貢獻!
編輯:金婉霞
責任編輯:姜澎
來源:36Kr、wayaway、環球科學
總結
以上是生活随笔為你收集整理的游戏与科学牵手,游戏玩家助科学家创造蛋白质的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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