Borgerforskere designer helt nye proteiner

Et team af forskere kodede deres specialiserede viden ind i computerspillet Foldit for at sætte borgerforskere i stand til med succes at designe syntetiske proteiner for første gang.

De første resultater af dette samarbejde fremgår af 5. juni -udgaven af Natur . Institute for Protein Design ved University of Washington School of Medicine ledede den multiinstitutionelle indsats.

"Der er flere mulige proteiner, end der er atomer i universet. Det er spændende at tænke på, at nu kan alle hjælpe med at udforske dette enorme rum af muligheder, "sagde seniorforfatter David Baker, professor i biokemi ved UW School of Medicine og direktør for Institute for Protein Design.

"Mangfoldigheden af ​​molekyler, som disse spillere fandt på, er forbløffende, "sagde hovedforfatter Brian Koepnick, postdoktor ved Institut for Proteindesign. "Disse nye proteiner er på ingen måde ringere end de ting, en forsker på ph.d.-niveau kan lave."

Foldit blev oprettet i 2008 som en måde at 'gamificere' proteinforskning. Proteiner er essentielle biomolekyler, der findes inde i hver celle i hver organisme. Deres indviklede tredimensionelle strukturer giver anledning til deres forskellige funktioner, som omfatter fordøjelse, sårheling, autoimmunitet og meget mere.

Gennem gameplay, Foldit-spillere har hjulpet med at bestemme strukturen af ​​et HIV-relateret protein og forbedret aktiviteten af ​​nyttige enzymer. Indtil nu, imidlertid, Foldit -spillere kunne kun interagere med proteiner, der allerede eksisterede. Der var ingen måde at designe nye på.

"At designe helt nye proteiner, der ikke eksisterede i naturen, har været vores mål med Foldit i lang tid, "sagde seniorforfatter Seth Cooper, adjunkt i Khoury College of Computer Sciences ved Northeastern University. "Dette nye sæt resultater viser, at det er muligt."

For at gøre Foldit til en platform for proteindesign, forskerne kodede biokemisk viden ind i spillet. Den vej, designermolekyler, der scorede godt i Foldit, ville være mere tilbøjelige til at folde op som beregnet i den virkelige verden.

"Vi holdt ikke [Foldit -spillere] nogen foredrag eller bad dem om at læse noget. I stedet vi justerede koden, der har kørt spillet i mange år, "sagde seniorforfatter Firas Khatib, adjunkt i datalogi ved University of Massachusetts Dartmouth.

Forskerne testede 146 proteiner designet af Foldit -spillere i laboratoriet. 56 viste sig at være stabile. Dette fund antydede, at spillerne havde produceret nogle realistiske proteiner. Forskerne indsamlede nok data om fire af disse nye molekyler til at vise, at designene vedtog deres tilsigtede strukturer.

"Jeg havde aldrig troet, at de ville få det så godt, men Foldit -spillere holder aldrig op med at forbløffe os. "sagde Khatib.

At fremstille nye proteiner er lidt som at forsøge at binde aldrig før sete knuder ved hjælp af reb, der er en million gange tyndere end et menneskehår. Til dato, kun en lille gruppe eksperter med intim viden om den måde, hvorpå biomolekyler snor og vender, generede denne ekstremt komplekse opgave. De fleste bruger automatiserede molekylære designalgoritmer, og de fleste designalgoritmer fejler langt oftere, end de lykkes.

"Vi forsøger altid at gøre algoritmerne bedre, men det menneskelige element er nøglen, "sagde Khatib." Faktisk, gennem Foldit -design, spillere har endda opdaget fejl i Rosetta-energifunktionen-vores state-of-the-art metode til proteindesign. "

Proteindesign er en ny videnskabelig disciplin. I de sidste fem år har eksperter ved Institute for Protein Design og deres kolleger har skabt proteiner, der stimulerer immunsystemet til at bekæmpe kræft og andre, der fungerer som potente vaccinkandidater. I april, Institute for Protein Design modtog en forpligtelse på $ 45 millioner i finansiering gennem The Audacious Project, et filantropisk samarbejde organiseret af TED, at designe proteinbaserede vacciner, medicin og materialer.

Kunne spillere oprette det næste blockbuster -lægemiddel?

"Foldit -spillere er en ny tilføjelse til forskningsarsenalet, "sagde Khatib." De er ikke en sølvkugle, men de er en fantastisk ressource. "

Enhver, der er interesseret i at hjælpe med at løse gåder for videnskab, kan lære mere på fold.it/portal/