Участники онлайн-игры помогли учёным в сборке РНК

Участники онлайн-игры EteRNA используют реальные данные биохимических лабораторий

Участники онлайн-игры EteRNA используют реальные данные биохимических лабораторий
(изображение Carnegie Mellon University).

В 2011 году учёные из университета Карнеги-Меллон (Carnegie Mellon University) и Стэнфордского университета (Stanford University) представили онлайн-видеоигру EteRNA. Как можно догадаться из названия, она позволяет любому желающему манипулировать РНК, а вернее, по-новому складывать молекулы. Веб-интерфейс использовал реальные данные лабораторных экспериментов. Представители университетов сообщили, что, наконец, группа энтузиастов смогла создать более успешные конструкции для молекул РНК, нежели те, что были спроектированы лучшими компьютерными алгоритмами.

РНК, или рибонуклеиновая кислота, является одной из трёх основных макромолекул, необходимых для жизни, наряду с ДНК и белками. ДНК передаёт генетическую информацию, в то время как РНК активно работает, регулируя различные механизмы внутри клеток. Понимание "дизайна" РНК сможет пригодиться при лечении болезней, подобных ВИЧ.

Онлайн-игра объединила усилия 37 тысяч неспециалистов, увлечённо решавших двумерные головоломки по сборке молекул РНК. При этом игроки могли свободно ознакомиться с реальными результатами экспериментов, в которых молекулы РНК на самом деле синтезировалась по придуманным ими правилам.

С помощью методов машинного обучения учёные также разработали на основе самых перспективных методов сборки алгоритм автоматизированного проектирования EteRNAbot, который также превзошёл по производительности предыдущие алгоритмы. Но, даже несмотря на то, что этот инструмент генерирует результат с очень высокой скоростью, иные предложения людей он так и не смог превзойти по точности.

"Качество конструкций, предлагаемых пользователями интернет-сообщества EteRNA, превзошло все наши ожидания – никто и не задумывался о подобных результатах три года назад, когда мы только запустили этот проект, – восхищается Адриан Трейе (Adrien Treiulle), доцент кафедры информатики и робототехники университета Карнеги-Меллон. – Это не стало бы возможным, если бы игроки просто выдавали структуры, используя онлайн-симулятор. Синтезируя самые удачные структуры в лаборатории Рхиджу Даса (Rhiju Das) в Стэнфордском университете, мы даём нашему сообществу обратную связь, информируем его о том, что работает, а что нет в реальном мире. И, как оказалось, любители помогли нам лучше понять принципы сборки РНК и существенно продвинули науку вперёд".

В недавнем исследовании специалисты протестировали производительность участников сообщества EteRNA, EteRNAbot’а и двух других современных алгоритмов по созданию конструкций РНК, позволяющих виртуальным нитям РНК сложиться в определённые формы. На расчёт структуры молекулы у компьютера уходит менее минуты, а вот большинству людей на это понадобится 1-2 дня. Плюс проверка в лаборатории занимает месяц, а тестирование в целом заняло год.

Результаты показали, что структура, созданная человеком, в 99% случаев превосходит результаты работы обычного алгоритма, в то время как структуры, разработанные EteRNAbot, − лишь в 95%. По словам специалистов, качество конструкций игроков оказалось настолько высоким, что даже генерирование тысячи конструкций с помощью алгоритмов подчас не приведёт к созданию хотя бы одной более успешной.

Хотя у большинства пользователей EteRNA нет научного образования, они следуют своим инстинктам. А подкрепление интуиции результатами научных экспериментов может привести к новому пониманию проблемы. И тот факт, что большинство из игроков раньше никогда даже не задумывались о конструкции РНК, выдающемуся результату не помеха.

Теперь исследователи планируют включить в игру сборку трёхмерных конструкций. Также они попытаются разработать алгоритм, который смогут использовать специалисты других областей, дабы превратить свои научные проекты в онлайн-игры.

Научная статья, описывающая эксперимент, была опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Также по теме:
Астрономы-любители обнаружили семипланетную солнечную систему
Химики усовершенствовали технологию ДНК-оригами
Лимоны помогли скопировать генетическую информацию искусственной клетки
Создан новый метод генетического перепрограммирования бактерий
Учёные вскрыли микробную "тёмную материю"