폴드잇

Foldit
폴드잇
Foldit icon.png
Foldit screenshot 2.jpg
접이식 퍼즐이 진행 중인 것을 보여주는 Foldit 응용 프로그램의 스크린샷
개발자워싱턴 대학교 게임 [1]과학 센터 생화학부[2]
초기 릴리즈2008년 5월 8일, 14년 전(2008-05-08)
프리뷰 릴리즈
운영 체제크로스 플랫폼: Windows, MacOS, Linux
크기mb 434 MB
이용가능기간:13개 언어
언어 목록
체코어, 네덜란드어, 영어, 프랑스어, 독일어, 히브리어, 인도네시아어, 이탈리아어, 폴란드어, 루마니아어, 러시아어, 스페인어, 과학자
유형퍼즐 비디오 게임, 단백질 폴딩
면허증.학술용 및 비영리용 전용 프리웨어 [1]
웹 사이트fold.it

Foldit은 단백질 접힘에 관한 온라인 퍼즐 비디오 게임입니다.이것은 워싱턴 대학 게임 과학 센터에 의해 UW 생화학부와 공동으로 개발된 실험 연구 프로젝트의 일부입니다.Foldit의 목적은 게임에 제공된 도구를 사용하여 선택된 단백질의 구조를 최대한 완벽하게 접는 것이다.최고 점수 솔루션은 연구자에 의해 분석되며, 연구자는 실제 세계에서 관련 단백질에 적용될 수 있는 네이티브 구조(네이티브 상태)가 있는지 여부를 판단한다.그러면 과학자들은 이러한 해결책을 질병을 목표로 하고 근절하고 생물학적 혁신을 일으키기 위해 사용할 수 있다.2010년 과학저널 네이처지에 실린 논문은 Foldit의 57,000명의 참가자가 알고리즘으로 계산된 [3][4]솔루션과 동등하거나 더 뛰어난 유용한 결과를 제공했다고 평가했다.

역사

로제타

워싱턴 대학의 단백질 연구 과학자인 데이비드 베이커 교수는 폴디트 프로젝트를 설립했다.세스 쿠퍼는 게임 디자이너의 리더였다.프로젝트를 시작하기 전에, 베이커와 그의 실험실 동료들은 특별한 컴퓨터 단백질 구조 예측 알고리즘을 사용하여 다양한 단백질의 고유 구조를 예측하기 위해 로제타라는[5] 또 다른 연구 프로젝트에 의존했다.Rosetta는 결국 분산 컴퓨팅의 성능을 사용하도록 확장되었습니다.Rosetta@home 프로그램은 일반인이 다운로드 할 수 있게 되어 단백질 접힘의 진행 상황을 스크린세이버로 표시하였습니다.그 결과는 검증을 [6]위해 중앙 서버로 전송되었습니다.

일부 Rosetta@home 사용자들은 단백질 구조를 해결하는 방법을 보고 좌절했지만 프로그램과 상호작용을 할 수 없었다.인간이 단백질 구조를 해결하려는 컴퓨터의 시도를 개선할 수 있기를 바라며, 베이커는 같은 대학의 컴퓨터 과학 교수인 David Salesin과 Zoran Popoviz에게 접근하여 대중에게 어필할 수 있는 인터랙티브 프로그램인 비디오 게임을 구상하고 만드는 것을 돕고 토종 단백질 [7][8][9]구조를 찾는 노력을 도왔다.

폴드잇

Rosetta@home을 만든 많은 사람들이 Foldit에서 일했다.공개 베타 버전은 2008년 5월에[10] 출시되었으며 240,000명의 [11]플레이어가 등록되어 있습니다.

Foldit은 2008년부터 단백질 구조 예측을 위한 기술의 비판적 평가(CASP) 실험에 참여하여 알려지지 않은 단백질 구조에 기초한 표적에게 최선의 해결책을 제출했습니다.CASP는 단백질 구조 예측 방법을 평가하고 가장 생산적인 방법을 식별하기 위한 국제 프로그램이다.

목표들

단백질 구조 예측은 생물정보학, 분자생물학, 그리고 의학을 포함한 여러 과학 분야에서 중요하다.자연 단백질의 구조 구조를 확인하는 것은 과학자들이 그것들을 더 잘 이해할 수 있게 해준다.이것은 새로운 단백질을 디자인, 질병 치료의 진보, 그리고 침습적인 종, 폐기물, 그리고 오염과 같은 다른 현실 세계의 문제들에 대한 해결책으로 이끌 수 있습니다.

생물이 단백질의 1차 구조인 단백질 생합성을 만드는 과정은 단백질이 DNA로 암호화되는 수단과 마찬가지로 상당히 잘 알려져 있다.하지만, 주어진 단백질의 1차 구조가 어떻게 기능하는 3차원 구조가 되는지, 분자가 어떻게 접히는지 결정하는 것은 더 어렵습니다.일반적인 과정은 이해되지만, 단백질의 궁극적인 기능 구조를 예측하는 것은 계산적으로 [12][13]어렵다.

방법들

Rosetta@home과 마찬가지로 Foldit은 분산 컴퓨팅을 통해 원어민 단백질 구조를 보다 빠르게 발견할 수 있는 수단입니다.그러나 Foldit은 포럼을 통해 커뮤니티 콜라보레이션에 중점을 두고 있으며 사용자가 특정 [3]폴드에서 콜라보레이션을 할 수 있다.게다가 Foldit의 크라우드 소싱 어프로치는,[6] 유저를 한층 더 중시합니다.Foldit의 가상 상호작용과 게임화는 단백질 접기 연구를 크게 발전시킬 수 있는 잠재력을 가진 독특하고 혁신적인 환경을 만듭니다.

가상 인터랙션

Foldit은 단백질 구조 예측 문제를 해결하기 위해 인간 두뇌의 3차원 패턴 매칭과 공간 추론 능력을 적용하고자 하며, 2016년 퍼즐은 잘 이해된 단백질을 기반으로 한다.인간이 이러한 퍼즐에 어떻게 직관적으로 접근하는지를 분석함으로써, 연구원들은 단백질 접이식 소프트웨어에 [14]의해 사용되는 알고리즘을 개선하기를 희망한다.

Foldit에는 사용자가 간단한 단백질 유사 구조를 조작하는 일련의 튜토리얼과 실제 단백질을 기반으로 한 주기적으로 업데이트된 퍼즐 세트가 포함되어 있습니다.사용자가 도구 세트를 사용하여 조작할 수 있는 각 단백질의 그래픽 표현을 보여줍니다.

게임화

Foldit의 개발자들은 단백질 접힘의 원인에 가능한 한 많은 사람들을 끌어들이기를 원했다.그래서 그들은 유용한 과학 도구를 만드는 것이 아니라 게임화(게임 요소 포함)를 사용하여 Foldit을 일반 대중들에게 어필하고 매력적으로 만들었습니다.

단백질 구조를 변경함에 따라 단백질이 얼마나 잘 접혔는지에 따라 점수가 산출되어 퍼즐별 고득점 리스트가 유지된다.Foldit 사용자는 그룹을 만들고 그룹에 가입할 수 있으며 그룹의 구성원은 퍼즐 솔루션을 공유할 수 있습니다.그룹은 새로운 선수들을 훈련시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다.그룹별 고득점 목록이 유지됩니다.

업적

Foldit의 결과는 많은 과학 출판물에 포함되어 있다.

Foldit 플레이어는 집합적으로 "Foldit 플레이어" 또는 "Players, F"로 언급되고 있습니다.또한 적어도 한 개의 논문과 4개의 관련 단백질 데이터 뱅크 예금에 개별 참가자가 저자로 등재되어 있습니다.

  • 2010년 8월 Nature 저널에 실린 논문은 Foldit의 57,000명의 참가자가 알고리즘 계산 솔루션에 필적하거나 이를 능가하는 유용한 결과를 제공했다고 평가하면서 "공동 작업하는 레이어들은 컴퓨터 접근 방식과 달리 다양한 새로운 전략과 알고리즘을 개발합니다.가능한 검색 전략의 공간도 제공합니다."[4][3]
  • 2011년 11월 PNAS 기사에서 Foldit 플레이어가 개발한 "수신"과 워싱턴 대학의 베이커 랩 구성원이 개발한 Rosetta 스크립트를 비교했습니다.이 플레이어가 개발한 "블루 퓨즈" 레시피는 과학자들의 "Fast Relax"[15] 알고리즘에 비해 유리하다.
  • 2011년 Foldit 플레이어들은 15년 동안 해결되지 않은 과학적 문제인 HIV/AIDS와 유사한 증상을 일으키는 원숭이 바이러스인 M-PMV로부터 레트로바이러스 단백질 효소의 결정 구조를 해독하는 것을 도왔다.퍼즐은 3주 동안 사용 가능했지만, 참가자들은 분자 [16][17][18]치환에 충분히 정확한 효소의 3D 모형을 불과 10일 만에 제작했습니다.
  • 2012년 1월, Scientific American은 Foldit 게이머들이 합성 화학에서 널리 사용되는 Diels-Alder 반응을 촉매하는 효소인 [11]단백질의 크라우드 소스 재설계를 최초로 달성했다고 보고했다.시애틀에 있는 워싱턴 대학의 게임 과학 센터의 데이비드 베이커를 포함한 팀은 효소를 처음부터 계산적으로 설계했지만 효소의 효능을 개선할 필요가 있다는 것을 발견했다.Foldit 플레이어는 13개의 아미노산을 첨가하여 효소를 재설계하여 활성도를 18배 [11][19]이상 증가시켰다.
  • Nature Communications의 2016년 9월 기사에서 "교육받은 결정학자, 학부생, 폴디트 플레이어 및 자동 모델 구축 알고리즘 간의 암호 모델 구축 대회"에 대해 자세히 설명했는데, 이 대회에서 "폴디트 플레이어 팀은 X선 결정학자의 결과에 단백질을 적합시키는 가장 정확한 구조를 달성했습니다.갑상선 [20]실험
  • Nature Communications의 2018년 7월 기사에서 Foldit 플레이어와 WeFold 컨소시엄의 팀 간의 CASP11과 CASP12 [21]격년으로 진행되는 CASP 대회 협업을 검토했다.
  • 네이처에 실린 2019년 6월 서한은 Foldit 플레이어가 설계한 단백질의 분석을 기술했다.플레이어 디자인 단백질 4개가 대장균에서 성공적으로 성장했고 X선 결정학을 통해 "용해"되었다.단백질은 단백질 데이터 뱅크에 6MRR, 6MRS, 6MSP,[22] 6NUK로 추가되었다.
  • 2019년 11월, PLOS Biology의 기사는 Foldit 플레이어가 어떻게 크라이오 전자파 [23]실험의 데이터를 사용하여 "전문 결정학자 또는 자동화된 모델 구축 알고리즘보다 더 정확하게 단백질 구조를 결정학적, 고해상도 지도에 구축할 수 있었는지를 보고했다.

장래의 발전

Foldit의 도구 상자는 주로 단백질 분자의 디자인을 위한 것이다.이 게임의 개발자는 2013년까지 플레이어가 작은 [24]분자를 설계할 수 있도록 유기 부성분의 화학적 구성 요소를 추가할 계획을 발표했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 워싱턴 대학교 게임 과학 센터
  2. ^ 워싱턴 대학교 생화학부
  3. ^ a b c Markoff J (10 August 2010). "In a Video Game, Tackling the Complexities of Protein Folding". The New York Times. Retrieved 12 February 2013.
  4. ^ a b Cooper S, Khatib F, Treuille A, Barbero J, Lee J, Beenen M, et al. (August 2010). "Predicting protein structures with a multiplayer online game". Nature. 466 (7307): 756–60. Bibcode:2010Natur.466..756C. doi:10.1038/nature09304. PMC 2956414. PMID 20686574.
  5. ^ "Rosetta Commons: The hub for Rosetta modeling software". RosettaCommons.org. RosettaCommons.org. Retrieved 17 November 2015.
  6. ^ a b Howard Hughes Medical Institute "단백질 접기 게임은 어려운 퍼즐을 풀기 위해 전 세계 관객의 힘을 발휘합니다." Eurekalert, 2010년 8월 4일
  7. ^ Bourzac K (2008-05-08). "Biologists Enlist Online Gamers". Technology Review. Retrieved 17 November 2016.
  8. ^ Bohannon J (2009-04-20). "Gamers Unravel the Secret Life of Protein". Wired. Retrieved 17 November 2016.
  9. ^ "Zoran Popović". washington.edu.
  10. ^ 히키, 한나"컴퓨터 게임의 높은 점수는 노벨 의학상을 받을 수 있습니다." 워싱턴 대학교, 2008년 5월 8일
  11. ^ a b c Marshall J (January 22, 2012). "Online Gamers Achieve First Crowd-Sourced Redesign of Protein". Scientific American. Retrieved February 22, 2012.
  12. ^ Haspel N, Tsai CJ, Wolfson H, Nussinov R (June 2003). "Reducing the computational complexity of protein folding via fragment folding and assembly". Protein Science. 12 (6): 1177–87. doi:10.1110/ps.0232903. PMC 2323902. PMID 12761388.
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  17. ^ Gilski M, Kazmierczyk M, Krzywda S, Zábranská H, Cooper S, Popović Z, et al. (November 2011). "High-resolution structure of a retroviral protease folded as a monomer". Acta Crystallographica. Section D, Biological Crystallography. 67 (Pt 11): 907–14. doi:10.1107/S0907444911035943. PMC 3211970. PMID 22101816.
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  19. ^ Eiben CB, Siegel JB, Bale JB, Cooper S, Khatib F, Shen BW, et al. (January 2012). "Increased Diels-Alderase activity through backbone remodeling guided by Foldit players". Nature Biotechnology. 30 (2): 190–2. doi:10.1038/nbt.2109. PMC 3566767. PMID 22267011.
  20. ^ Horowitz S, Koepnick B, Martin R, Tymieniecki A, Winburn AA, Cooper S, et al. (September 2016). "Determining crystal structures through crowdsourcing and coursework". Nature Communications. 7 (1): 12549. Bibcode:2016NatCo...712549H. doi:10.1038/ncomms12549. PMC 5028414. PMID 27633552.
  21. ^ Keasar C, McGuffin LJ, Wallner B, Chopra G, Adhikari B, Bhattacharya D, et al. (July 2018). "An analysis and evaluation of the WeFold collaborative for protein structure prediction and its pipelines in CASP11 and CASP12". Scientific Reports. 8 (1): 9939. Bibcode:2018NatSR...8.9939K. doi:10.1038/s41598-018-26812-8. PMC 6028396. PMID 29967418.
  22. ^ Koepnick B, Flatten J, Husain T, Ford A, Silva DA, Bick MJ, et al. (June 2019). "De novo protein design by citizen scientists". Nature. 570 (7761): 390–394. Bibcode:2019Natur.570..390K. doi:10.1038/s41586-019-1274-4. PMC 6701466. PMID 31168091.
  23. ^ Khatib F, Desfosses A, Koepnick B, Flatten J, Popović Z, Baker D, et al. (November 2019). "Building de novo cryo-electron microscopy structures collaboratively with citizen scientists". PLOS Biology. 17 (11): e3000472. doi:10.1371/journal.pbio.3000472. PMC 6850521. PMID 31714936.
  24. ^ Hersher R (April 13, 2012). "FoldIt game's next play: crowdsourcing better drug design". nature.com. Retrieved April 16, 2012.

외부 링크