近日，一支研究團(tuán)隊(duì)將他們的專業(yè)知識(shí)編碼成了一款名為“ Foldit ”的電腦游戲，使每個(gè)普通人都可能成為成功設(shè)計(jì)全新人造蛋白質(zhì)的“科學(xué)家”。這項(xiàng)合作的初步成果發(fā)表在近日的 Nature 雜志上。華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)多機(jī)構(gòu)合作的研究。華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所所長 David Baker 是本文的共同通訊作者，他表示，有可能存在的蛋白質(zhì)比宇宙中的原子還多，現(xiàn)在任何人都可以來幫助一起探索這個(gè)具有廣闊可能的“宇宙”，十分令人興奮?！坝螒蛲婕覀兿氤龅姆肿铀尸F(xiàn)的多樣性非常驚人，”本文第一作者、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所博士后研究員 Brian Koepnick 說?！斑@些新的蛋白質(zhì)絕不比博士水平的科學(xué)家制造的東西差?！?/span>

Foldit 創(chuàng)建于 2008 年，其目的是將蛋白質(zhì)研究“游戲化”。蛋白質(zhì)是存在于生物體每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的基本生物分子，其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)令它們具有多種多樣的功能，包括消化、傷口愈合、自身免疫等等。通過玩游戲，F(xiàn)oldit 玩家已經(jīng)幫助確定了 HIV 相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)，以及提高了一些酶的活性。然而在此之前，F(xiàn)oldit 玩家只能“玩”自然中存在的蛋白質(zhì)，沒有辦法設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)。本研究共同通訊作者，美國東北大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院助理教授 Seth Cooper 表示，長期以來，設(shè)計(jì)自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)一直是設(shè)計(jì) Foldit 的目標(biāo)，現(xiàn)在這一系列新的結(jié)果表明這并非不可能。那么，游戲玩家能創(chuàng)造出下一個(gè)重磅藥嗎？研究人員將生化知識(shí)編碼到游戲中，設(shè)計(jì)出了 Foldit 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)平臺(tái)。在現(xiàn)實(shí)中按照預(yù)期折疊起來的蛋白質(zhì)分子會(huì)在 Foldit 里得分越高。研究人員表示，他們并沒有給 Foldit 玩家上過任何課，也沒讓他們讀任何材料，只是調(diào)整了多年以來使游戲運(yùn)行的代碼?？茖W(xué)家們在實(shí)驗(yàn)室中測試了由 Foldit 玩家設(shè)計(jì)的 146 種蛋白質(zhì)，其中 56 種可以穩(wěn)定存在。這一發(fā)現(xiàn)表明，游戲玩家設(shè)計(jì)出了逼真的蛋白質(zhì)。研究人員收集了其中 4 種新蛋白分子的大量數(shù)據(jù)，用來證明這些分子與他們所設(shè)想的結(jié)構(gòu)一致。

創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)，有點(diǎn)像試圖用比人類頭發(fā)細(xì)一百萬倍的繩子打一個(gè)從未見過的結(jié)。到目前為止，只有一小部分專家對生物分子的扭曲和旋轉(zhuǎn)方式有深入的了解。他們大多數(shù)使用自動(dòng)化的分子設(shè)計(jì)算法，但其中大多數(shù)設(shè)計(jì)算法失敗的次數(shù)遠(yuǎn)比成功的次數(shù)多得多。本研究共同通訊作者、麻省大學(xué)達(dá)特茅斯分校計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授 Firas Khatib 說，“我們一直在嘗試優(yōu)化算法，但其實(shí)有人的參與才是關(guān)鍵，實(shí)際上，使用 Foldit 設(shè)計(jì)的過程中，玩家甚至發(fā)現(xiàn)了我們最先進(jìn)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方法?！钡鞍踪|(zhì)設(shè)計(jì)是一門新興學(xué)科。在過去的五年里，蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所的專家和他們的同事已經(jīng)創(chuàng)造出了能夠刺激免疫系統(tǒng)對抗癌癥的全新蛋白質(zhì)，以及其它可以作為疫苗的候選蛋白質(zhì)。今年 4 月，蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所通過 TED 組織的慈善合作項(xiàng)目 Audacious Project獲得了 4500 萬美元的資金承諾，用于設(shè)計(jì)基于蛋白質(zhì)的疫苗、藥物和材料。