Een team van onderzoekers codeerde hun gespecialiseerde kennis in het computerspel Foldit om burgerwetenschappers in staat te stellen voor het eerst met succes synthetische eiwitten te ontwerpen.

De eerste resultaten van deze samenwerking verschijnen in het nummer van 5 juni van Natuur . Het Institute for Protein Design van de University of Washington School of Medicine leidde de multi-institutionele inspanning.

"Er zijn meer mogelijke eiwitten dan atomen in het universum. Het is opwindend om te bedenken dat nu iedereen kan helpen deze enorme ruimte van mogelijkheden te verkennen, " zei senior co-auteur David Baker, hoogleraar biochemie aan de UW School of Medicine en directeur van het Institute for Protein Design.

"De diversiteit aan moleculen die deze gamers bedachten, is verbazingwekkend, " zei hoofdauteur Brian Koepnick, postdoctoraal onderzoeker bij het Institute for Protein Design. "Deze nieuwe eiwitten zijn geenszins inferieur aan het spul dat een wetenschapper op doctoraatsniveau zou kunnen maken."

Foldit is in 2008 opgericht als een manier om eiwitonderzoek te 'gamificeren'. Eiwitten zijn essentiële biomoleculen die in elke cel van elk organisme worden aangetroffen. Hun ingewikkelde driedimensionale structuren geven aanleiding tot hun diverse functies, waaronder spijsvertering, wond genezen, auto-immuniteit en nog veel meer.

Door te spelen, Foldit-spelers hebben geholpen bij het bepalen van de structuur van een hiv-gerelateerd eiwit en hebben de activiteit van nuttige enzymen verbeterd. Tot nu, echter, Foldit-spelers konden alleen communiceren met eiwitten die al bestonden. Er was geen manier om nieuwe te ontwerpen.

"Het ontwerpen van volledig nieuwe eiwitten die in de natuur niet bestonden, is al heel lang ons doel met Foldit, " zei senior co-auteur Seth Cooper, assistent-professor aan het Khoury College of Computer Sciences aan de Northeastern University. "Deze nieuwe reeks resultaten laat zien dat het mogelijk is."

Om van Foldit een platform voor eiwitontwerp te maken, de onderzoekers codeerden biochemische kennis in het spel. Op die manier, designermoleculen die goed scoorden in Foldit, zouden eerder opvouwen zoals bedoeld in de echte wereld.

"We hebben [Foldit-spelers] geen lezingen gegeven of verteld dat ze iets moesten lezen. In plaats daarvan, we hebben de code aangepast die het spel gedurende vele jaren heeft uitgevoerd, " zei senior co-auteur Firas Khatib, assistent-professor informatica aan de Universiteit van Massachusetts Dartmouth.

De wetenschappers testten in het laboratorium 146 door Foldit-spelers ontworpen eiwitten. 56 bleken stabiel te zijn. Deze bevinding suggereerde dat de gamers enkele realistische eiwitten hadden geproduceerd. De onderzoekers verzamelden voldoende gegevens over vier van deze nieuwe moleculen om aan te tonen dat de ontwerpen hun beoogde structuren overnamen.

"Ik had nooit gedacht dat ze zo goed zouden worden, maar Foldit-spelers blijven ons verbazen", aldus Khatib.

Het maken van nieuwe eiwitten lijkt een beetje op het proberen om nooit eerder geziene knopen te leggen met touw dat een miljoen keer dunner is dan een mensenhaar. Daten, slechts een kleine groep experts met grondige kennis van de manier waarop biomoleculen draaien en draaien, bemoeiden zich met deze buitengewoon complexe taak. De meeste gebruiken geautomatiseerde moleculaire ontwerpalgoritmen, en de meeste ontwerpalgoritmen falen veel vaker dan dat ze slagen.

"We proberen de algoritmen altijd beter te maken, maar het menselijke element is de sleutel, " zei Khatib. "In feite, door Foldit-ontwerp, spelers hebben zelfs gebreken ontdekt in de Rosetta-energiefunctie - onze ultramoderne methode voor eiwitontwerp."

Eiwitontwerp is een opkomende wetenschappelijke discipline. In de afgelopen vijf jaar, experts van het Institute for Protein Design en hun collega's hebben eiwitten gemaakt die het immuunsysteem stimuleren om kanker te bestrijden en andere die fungeren als krachtige vaccinkandidaten. In april, het Institute for Protein Design ontving een toezegging van $ 45 miljoen aan financiering via The Audacious Project, een filantropische samenwerking georganiseerd door TED, op eiwit gebaseerde vaccins te ontwerpen, medicijnen en materialen.

Kunnen gamers de volgende blockbuster-drug maken?

"Foldit-spelers zijn een nieuwe toevoeging aan het onderzoeksarsenaal, "zei Khatib. "Ze zijn geen wondermiddel, maar ze zijn een geweldige bron."

Iedereen die geïnteresseerd is in het helpen oplossen van puzzels voor de wetenschap kan meer informatie vinden op fold.it/portal/