一組研究人員將他們的專業(yè)知識編入計算機游戲Foldit，使公民科學(xué)家第一次成功設(shè)計合成蛋白質(zhì)。

這項合作的初步結(jié)果發(fā)表在6月5日的“自然”雜志上。華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)設(shè)計研究所領(lǐng)導(dǎo)了多機構(gòu)工作。

“有更多可能的蛋白質(zhì)比宇宙中的原子更多。令人興奮的是，現(xiàn)在任何人都可以幫助探索這個巨大的可能性空間，”高級合著者David Baker說，他是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授兼主任蛋白質(zhì)設(shè)計研究所。

“這些游戲玩家提出的分子多樣性令人驚訝，”主要作者，蛋白質(zhì)設(shè)計研究所博士后研究員Brian Koepnick說。“這些新蛋白質(zhì)絕不遜色于博士級科學(xué)家可能制造的東西。”

Foldit成立于2008年，旨在“游戲化”蛋白質(zhì)研究。蛋白質(zhì)是在每個生物體的每個細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的必需生物分子。它們錯綜復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多種功能，包括消化，傷口愈合，自身免疫等等。

通過游戲玩法，F(xiàn)oldit玩家?guī)椭_定了HIV相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)并改善了有用酶的活性。然而，到目前為止，F(xiàn)oldit玩家只能與已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)相互作用。沒有辦法設(shè)計新的。

“設(shè)計一種在自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)一直是我們Foldit長期以來的目標(biāo)，”東北大學(xué)Khoury計算機科學(xué)學(xué)院助理教授，高級合著者Seth Cooper說。“這一系列新結(jié)果表明這是可能的。”

為了將Foldit變成一個蛋白質(zhì)設(shè)計平臺，研究人員將生物化學(xué)知識編入游戲。這樣，在Foldit中得分較高的設(shè)計師分子更有可能在現(xiàn)實世界中按照預(yù)期折疊起來。

“我們沒有給[Foldit玩家]任何講座或告訴他們閱讀任何內(nèi)容。相反，我們調(diào)整了多年來運行游戲的代碼，”高級合著者，計算機科學(xué)助理教授Firas Khatib說。馬薩諸塞大學(xué)達(dá)特茅斯分校。

科學(xué)家在實驗室測試了由Foldit玩家設(shè)計的146種蛋白質(zhì)。發(fā)現(xiàn)56人穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)表明游戲玩家已經(jīng)產(chǎn)生了一些現(xiàn)實的蛋白質(zhì)。研究人員收集了關(guān)于其中四種新分子的足夠數(shù)據(jù)，以表明這些設(shè)計采用了預(yù)期的結(jié)構(gòu)。

“我永遠(yuǎn)不會相信他們會那么好，但Foldit球員永遠(yuǎn)不會讓我們感到驚訝。”哈提卜說。

制作新蛋白質(zhì)有點像嘗試使用比人類頭發(fā)薄一百萬倍的繩索來打結(jié)從未見過的結(jié)。迄今為止，只有一小部分專家對生物分子的扭曲方式有著深入的了解，并對這項極為復(fù)雜的任務(wù)感到困擾。大多數(shù)人使用自動化分子設(shè)計算法，大多數(shù)設(shè)計算法失敗的次數(shù)遠(yuǎn)多于成功。

“我們總是試圖讓算法更好，但人的因素是關(guān)鍵，”Khatib說。“事實上，通過Foldit設(shè)計，玩家甚至發(fā)現(xiàn)了Rosetta能量功能的缺陷 - 我們最先進(jìn)的蛋白質(zhì)設(shè)計方法。”

蛋白質(zhì)設(shè)計是一門新興的科學(xué)學(xué)科。在過去的五年中，蛋白質(zhì)設(shè)計研究所的專家和他們的同事創(chuàng)造了刺激免疫系統(tǒng)對抗癌癥的蛋白質(zhì)和其他作為有效候選疫苗的蛋白質(zhì)。4月，蛋白質(zhì)設(shè)計研究所通過由TED組織的慈善合作項目The Audacious Project獲得了4500萬美元的資金，用于設(shè)計基于蛋白質(zhì)的疫苗，藥物和材料。

玩家可以創(chuàng)造下一個重磅炸彈嗎?

“Foldit球員是研究武器庫的新成員，”Khatib說。“它們不是一顆銀彈，但它們是一種驚人的資源。”