Ученые используют видеоигры, чтобы воздействовать на коллективный разум людей во всем мире, в то время как врачи и педагоги обращаются к играм, чтобы лечить и учить.
Видеоигры, предназначенные для решения сложных научных проблем, приводят к прорывам в структуре РНК, свертывании белков, выравнивании генетических последовательностей и многом другом.
Эли Фискер изо всех сил пытается удержаться на работе библиотекарем, в основном из-за недиагностированного состояния, которое он описывает как похожее на синдром Аспергера. в свое свободное время 35-летний житель Альборга, Дания, играет в онлайн-видеоигру, в которой он раскладывает цветные диски в двухмерные формы звеньев цепи. Это вызывает привыкание, и он играет часами напролет. Но EteRNA-это не типичный интернет-отсос времени: диски представляют собой нуклеотиды, а паттерны, которые они формируют, - это чертежи молекул РНК.
Каждые 2 недели лучшие образцы, за которые проголосовали сами игроки, синтезируются в лаборатории учеными Стэнфордского университета, которые помогли создать игру, и наблюдения о том, как ведут себя полученные молекулы, передаются игрокам. Эта обратная связь служит основой для разработки новых игровых стратегий, которые, в свою очередь, помогают ученым лучше понять правила свертывания и функционирования РНК. Хотя после его имени нет докторской степени, Фискер, один из лучших из 40 000 зарегистрированных игроков в игре, помогает разгадать фундаментальный аспект биохимии, который долгое время ускользал от самых ярких ученых мира, и даже помогает создавать новые РНК, кодирующие белки для фиксации углерода или борьбы с болезнями.
"Наша конечная цель-создать платформу, которая позволит любому человеку создавать РНК для чего угодно и проводить их тестирование с помощью нашего экспериментального конвейера”, - говорит Риджу Дас, биохимик из Стэнфордского университета, который помогал разрабатывать EteRNA. - Мы называем это биохимией облаков.”
Запущенная в январе 2011 года, EteRNA является одной из небольших стабильных видеоигр, которые привлекают коллективный разум игроков—большинство из которых не имеют научного образования—для решения дьявольски сложных научных проблем. Это еще только начало, но этот подход уже принес некоторые впечатляющие достижения, включая ряд широко обсуждаемых открытий, опубликованных в высокоэффективных журналах. Конечно, это не решит всех научных проблем, но некоторые утверждают, что недавняя “геймификация” науки имеет огромный потенциал.
“Мы все еще находимся на стадии доказательства, исследуя, насколько полезными могут быть [игры]”, - говорит Эндрю Су, который руководит лабораторией биоинформатики в Исследовательском Институте Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния. “Но я очень оптимистичен.”
Совершенствование белков
Первой и, возможно, самой влиятельной исследовательской игрой был Foldit. Созданный структурными биологами и компьютерщиками из Вашингтонского университета в Сиэтле, Foldit ставит перед игроками задачу разработать трехмерные структуры белков путем складывания цепочек виртуальных аминокислот в оптимальные конфигурации. Результаты, полученные онлайн-игроками, уже накопили множество публикаций в журналах Nature с момента запуска игры в мае 2008 года.
Игра выросла из Rosetta@Home-проекта, который создавал вычислительно интенсивные симуляторы свертывания белка для домашних компьютеров. Но вместо того, чтобы просто использовать запасную вычислительную мощность компьютеров по всему миру, Foldit также использует умственные способности владельцев компьютеров, обрамляя проблему как конкурентную онлайн-игру.
Игроки получают мешанину из зигзагов, закорючек и петель, представляющих аминокислоты белка. Перемещение курсора позволяет пользователям захватывать, сгибать, шевелить и трясти различные части молекулы, с целью складывания беспорядочной структуры в ее оптимальную форму—форму, которая имеет самую низкую энергию-точно так же, как это обычно делают молекулы в реальной жизни. Чем стабильнее структура, тем выше балл.
Игроки Foldit быстро доказали, что они могут превзойти рандомизированные запуски Rosetta, которая имитирует и тестирует миллионы настроек в цепочке, чтобы найти форму с наименьшей энергией. В задаче по разработке структуры 10 белков, которую ученые уже решили, игроки подошли ближе к истинной структуре, чем Розетта для пяти белков, и сравнили ее на трех. Затем, в сентябре 2011 года, игроки Foldit совершили прорыв: они решили структуру ретровирусной протеазы обезьяньего вируса Мейсона-Пфайзера, которая вызывает у обезьян СПИДОПОДОБНОЕ заболевание-проблему, которая ставила ученых в тупик в течение десятилетия. Это исследование было опубликовано в журнале Nature Structural and Molecular Biology (18: 1175-77, 2011), где среди его авторов были названы “группа претендентов на фолдит” и “группа пустотелых дробилок Фолдита”.
Создатели игры также разработали способ извлечения и тиражирования лучших стратегий складывания игроков Foldit—которые им было предложено кодировать и делиться ими в виде так называемых “рецептов”-в дополнение к их решениям. Один из таких рецептов, известный как Blue Fuse, который эволюционировал, распространяясь подобно лесному пожару среди элитных игроков игры, оказался даже более эффективным, чем алгоритмы, которые управляют Rosetta (PNAS, doi:10.1073/pnas.1115898108, 2011).” Это было действительно потрясающе", - говорит Дэвид Бейкер, специалист по вычислительной структурной биологии из Вашингтонского университета, который помог создать игру. "То, что они разработали, независимо от нас, было чем-то лучшим, чем лучший текущий алгоритм, над которым мы работали.”