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视频游戏玩家设计全新的蛋白质

一组研究人员将他们的专业知识编入计算机游戏Foldit,使公民科学家第一次成功设计合成蛋白质。

这项合作的初步结果发表在6月5日的“自然”杂志上。华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所领导了多机构工作。

“有更多可能的蛋白质比宇宙中的原子更多。令人兴奋的是,现在任何人都可以帮助探索这个巨大的可能性空间,”高级合着者David Baker说,他是华盛顿大学医学院生物化学教授兼主任蛋白质设计研究所。

“这些游戏玩家提出的分子多样性令人惊讶,”主要作者,蛋白质设计研究所博士后研究员Brian Koepnick说。“这些新蛋白质绝不逊色于博士级科学家可能制造的东西。”

Foldit成立于2008年,旨在“游戏化”蛋白质研究。蛋白质是在每个生物体的每个细胞内发现的必需生物分子。它们错综复杂的三维结构产生了多种功能,包括消化,伤口愈合,自身免疫等等。

通过游戏玩法,Foldit玩家帮助确定了HIV相关蛋白的结构并改善了有用酶的活性。然而,到目前为止,Foldit玩家只能与已经存在的蛋白质相互作用。没有办法设计新的。

“设计一种在自然界中不存在的全新蛋白质一直是我们Foldit长期以来的目标,”东北大学Khoury计算机科学学院助理教授,高级合着者Seth Cooper说。“这一系列新结果表明这是可能的。”

为了将Foldit变成一个蛋白质设计平台,研究人员将生物化学知识编入游戏。这样,在Foldit中得分较高的设计师分子更有可能在现实世界中按照预期折叠起来。

“我们没有给[Foldit玩家]任何讲座或告诉他们阅读任何内容。相反,我们调整了多年来运行游戏的代码,”高级合着者,计算机科学助理教授Firas Khatib说。马萨诸塞大学达特茅斯分校。

科学家在实验室测试了由Foldit玩家设计的146种蛋白质。发现56人稳定。这一发现表明游戏玩家已经产生了一些现实的蛋白质。研究人员收集了关于其中四种新分子的足够数据,以表明这些设计采用了预期的结构。

“我永远不会相信他们会那么好,但Foldit球员永远不会让我们感到惊讶。”哈提卜说。

制作新蛋白质有点像尝试使用比人类头发薄一百万倍的绳索来打结从未见过的结。迄今为止,只有一小部分专家对生物分子的扭曲方式有着深入的了解,并对这项极为复杂的任务感到困扰。大多数人使用自动化分子设计算法,大多数设计算法失败的次数远多于成功。

“我们总是试图让算法更好,但人的因素是关键,”Khatib说。“事实上,通过Foldit设计,玩家甚至发现了Rosetta能量功能的缺陷 - 我们最先进的蛋白质设计方法。”

蛋白质设计是一门新兴的科学学科。在过去的五年中,蛋白质设计研究所的专家和他们的同事创造了刺激免疫系统对抗癌症的蛋白质和其他作为有效候选疫苗的蛋白质。4月,蛋白质设计研究所通过由TED组织的慈善合作项目The Audacious Project获得了4500万美元的资金,用于设计基于蛋白质的疫苗,药物和材料。

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