Геймери передбачили структуру білка краще за вчених

краще

Інтерфейс Foldit зі структурою YPL067C

Пророцтво структури білка (зміни у просторі, яку приймає його амінокислотна послідовність) має фундаментальне значення для медицини, біотехнологій, біоінформатики та теоретичної фізики. При цьому складний і трудомісткий процес передбачення в сучасних умовах має обмежену точність — близько 85 відсотків моделей кристалічних структур білків, що містяться в базах даних, містять суттєві помилки. Тому вчені постійно працюють над удосконаленням методик передбачення з метою максимально підвищити їхню точність. Останнім часом значно підвищився інтерес до використання з цією метою розподілених обчислень, машинного навчання та краудсорсингових платформ.

Співробітники Університетів Мічигану, Вашингтона, Массачусетсу та Північно-Східного університету в Бостоні провели змагання з передбачення структури білка з карти електронних щільностей, отриманої методом рентгенівської кристалографії. У ньому взяли участь два кваліфіковані фахівці, 61 студент-біохімік (усі вони використовували спеціальне програмне забезпечення), два різні комп'ютерні алгоритми (Phenix Autosolve та MR-Rosetta) та гравці в онлайнову гру Foldit, яких у результаті набралося 469 осіб. Завдання цієї гри полягає в ручному доборі конфігурації білка, що має найменшу енергію, оскільки така його тривимірна структура з ймовірністю відповідає реальності. Чим правдоподібніша конфігурація, тим більше користувач отримує очок. Геймери можуть кооперуватися і складати команди, які працюють над тим самим білком.

Як вихідний матеріал всіх учасників забезпечили амінокислотною послідовністю, передбаченнями вторинної структури та картоюелектронних густин дріжджового білка YPL067C. Цей білок був обраний тому, що він не має значної подібності до будь-якої структури з всесвітньої бази даних Protein Data Bank (PDB). Крім того, як було показано в попередніх роботах, YPL067C може запобігати токсичній дії амілоїду - білка, накопичення якого в мозку лежить в основі розвитку хвороби Альцгеймера.

Вчені перевірили результати за допомогою спеціальної програми Molprobity, порівнявши ключову кристалографічну статистику отриманих моделей. Результат гравців у Foldit зажадав корекції (видалення неорганізованих амінокислотних залишків), пов'язаної з обмеженнями ігрового процесу. У результаті найкраща з моделей, створених геймерами, стала переможцем змагання та однією з кращих моделей подібного дозволу (1,95 ± 0,25 ангстрем) у PDB.