Foldit

Foldit on verkkopohjainen ongelmanratkaisupeli, jossa käsitellään proteiinien laskostumista (engl. protein folding). Pelin on toteuttanut Washingtonin yliopiston pelitieteen laitos yhdessä Washingtonin yliopiston biokemian laitoksen kanssa.

Pitkäketjuiset proteiinit eivät muodosta suoraa ketjua, vaan ne mukautuvat eli laskostuvat tiettyyn muotoon. Samanlainen proteiini laskostuu aina samanlaiseksi. Foldit hyödyntää pelin muodossa ihmisen ongelmanratkaisukykyä, jonka avulla pyritään löytämään paras kolmiulotteinen muoto proteiinille. [1] Ohjelman parhaiten arvioimat tulokset päätyvät tutkijoiden analysoitaviksi kansainvälisen Critical Assessment of protein Structure Prediction (CASP) -liikkeen kautta.

Historia

Ennen Folditia käynnistyneessä Rosetta-projektissa laskettiin lääketieteellisen käyttöön uusia 3-ulotteisia proteiinimalleja, joita käytettiin muun muassa erilaisten sairauksien hoitokeinojen etsintään. David Bakerin laboratorio Washingtonin yliopistolla oli Rosetta projektin alullepanija. Projektin tavoitteena oli saada selville proteiinien rakenne kolmiulotteisessa muodossa, joka kuvaisi proteiinien kiinnittymistä sekä miten uudet proteiinit muodostuisivat. Rosetta toimi siten, että tietyille henkilöille annettiin niin kutsutut työpaketit tietokoneille laskettavaksi. Tämän jälkeen ohjelma käytti tietokoneen ylimääräistä laskenta-aikaa hyväkseen laskeakseen työpaketin sisältöä. Kun laskenta oli suoritettu, tulokset lähetettiin projektin palvelimelle, jossa sitten suoritettiin varmistukset ja vertailut.

Projektin edetessä, osa käyttäjistä halusi olla mukana tekemässä itse ratkaisuja. Baker tajusi, että vaikka ohjelma osaa itsekseen laskea tarvittavia laskuja proteiinien laskostumista, niin ihmiset ovat parempia hahmottamaan kokonaisuuksia. Ohjelma on suunniteltu niin, että kun tietokone ei tiedä seuraavaa toimenpidettä pulmalle, se muuttaa proteiinin rakennetta satunnaisesti, jolloin ihminen on usein parempi näkemään kokonaisuuden ja keksimään oikean muutoksen proteiinin kehittämiseksi. Tämän takia Baker lähestyi Washingtonin yliopiston tietotekniikan professoreita David Salesia ja Zoran Popovicia, jotta he auttaisivat häntä rakentamaan interaktiivisen ohjelman. Ohjelmasta muodostui peli nimeltä Foldit. [5][6]

Tavoitteet

Pelin tavoitteena on ymmärtää proteiinien rakennetta. Tämä on edellytys proteiinin toiminnan ja proteiini-lääkevuorovaikutusten ymmärtämiseksi. Pienelläkin proteiinilla, joka voi koostua noin sadasta aminohaposta, on lukumäärältään monia eri tapoja laskostua. Juuri oikean taipumisen löytäminen massasta on eräs vaikeimmista ongelmista biologiassa. Foldit pyrkii ennustamaan proteiinin rakenteen siten, että se käyttää hyväkseen ihmisten ongelmaratkaisuintuitiota. Pelaajat pelaavat toisiaan vastaan kilpaillen, kuka pystyy luomaan parhaiten laskostuneen proteiinin. [1]

Foldit toimii joukkoistamisella eli pelaajiensa tietokoneiden laskentatehon jakamisella. Sen matemaattiset pulmat ovat kuitenkin monia muita joukkoistettuja tiedeprojekteja hankalampia, minkä seurauksena Foldit tehtiin peliksi pelkän laskentatyökalun sijaan. Folditin pelillistäminen mahdollisti laajemman yleisön kiinnostumisen proteiinien mallintamisesta. Kaikilla ei ole akateemista tieteellistä taustaa ja tietoa proteiinien muodostumisesta, mutta ihmiset pystyvät silti lähtökohtaisesti ratkaisemaan pulmia tietokoneita paremmin. Folditia pelatessa käyttäjälle näkyy kunkin pulman (eli tietyn proteiinin avaruudellisen rakenteen) pistemäärä, joka kuvaa proteiinin muodon oikeellisuutta. Eri pulmissa saavutetuista huippupisteistä pidetään listaa, josta pelaajat voivat tarkastella ja vertailla tuloksiaan toisten pelaajien kanssa. Pulmia on myös mahdollista ratkaista ryhmässä muiden pelaajien kanssa.

Pelin toisena tavoitteena on proteiinin suunnittelu. Koska proteiinit ovat osa sairauksia, niin samalla ne voivat olla osa lääkettä sairautta vastaan. Pelaajat voivat suunnitella täysin uudenlaisia proteiineja, jotka voivat estää tai parantaa tiettyjä sairauksia. Folditilla tutkitaan muun muassa Alzheimerin tautia, AIDSia ja syöpää, jotka kaikki pohjautuvat proteiineihin erilaisilla tavoilla. [1] Syksyllä 2011 tehtiin kolmessa viikossa läpimurto AIDSille olennaisten proteiinien mallinnuksessa, kun tutkijat saivat apua Folditin pelaajilta tukeutuessaan pelissä käytettyihin strategioihin ja tapoihin mallintaa proteiineja.

Lyhyt ohje Folditin pelaamiseen

Folditin pelaaminen edellyttää ohjelmiston uusimman version lataamista ja asentamista. Toukokuussa 2014 ohjelmisto oli saatavissa Windows XP/Vista/7/8, Macintosh Intel 10.4 tai uudemmille versioille sekä 64 bit Linuxille. Asennuksen jälkeen ohjelmisto ottaa yhteyttä Foldit-projektin palvelimille noutaakseen päivitykset sekä uutiset. Ohjelmiston käyttö edellyttää myös Foldit-projektin käyttäjätunnusta, jota kysytään ohjelmiston käynnistyksen yhteydessä.

Ennen varsinaisten tieteellisen pulmien tai kilpailujen ratkaisemiseen osallistumista jokaisen käyttäjän tulee läpäistä johdantotehtävät.

Foldit Suomen mediassa

Suomalainen media on käsitellyt peliä vain muutaman artikkelin verran. Digitoday-verkkojulkaisu kertoi 10. toukokuuta 2008 Foldit-pelistä yleisellä tasolla ja mainitsi peliä käytettävän HIV-rokotteen kehittelyssä. Tietokone-lehti julkaisi verkkosivuillaan 19. syyskuuta 2011 artikkelin, jossa kerrottiin, miten Foldit-pelin avulla selvitettiin AIDSia aiheuttavan retroviruksen entsyymin rakenne. Artikkelissa kerrotaan, että löydös julkaistiin myös Nature Structural & Molecular Biology -lehdessä. Tietokone-lehden artikkelissa myös väitetään, että kyseessä olisi ensimmäinen kerta, jolloin pelaaminen olisi tukenut tiedettä.