Este es uno de los acertijos de proteínas que los jugadores pueden enfrentar cuando juegan Foldit. Haga clic aquí para ver una vista más grande de esta imagen. Captura de pantalla cortesía de The Center for Game Science, Ingeniería en ciencias de la computación, Universidad de Washington Jugar videojuegos no es exactamente ciencia espacial, pero gracias a Foldit, puede ser biología molecular.
Algo así como.
Desarrollado en 2008 por investigadores de la Universidad de Washington, El juego multijugador en línea aumenta la habilidad de la mente humana para el razonamiento espacial gracias a la capacidad intelectual de decenas de miles de jugadores. Solo y en equipos, Estos analistas aficionados compiten por resolver los acertijos más desconcertantes que molestan a los biólogos moleculares de la actualidad:cómo se pliegan las proteínas individuales y los aminoácidos que las componen.
La respuesta vale más que los derechos de fanfarronear o desbloquear logros (los juegos hablan por cuando un jugador completa una tarea particularmente asombrosa); proporciona los medios para suministrar medicamentos que algún día podrían detener enfermedades como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) en seco.
No es de extrañar que se produjera tal revuelo cuando una publicación de 2011 en la revista Nature Structural &Molecular Biology informó que los jugadores de Foldit habían desentrañado una proteína clave en Virus del mono Mason-Pfizer ( MPMV ), la versión simiesca del VIH, que había obstaculizado a los investigadores durante más de una década.
Como John Henry contra el martillo de vapor o Garry Kasparov contra Deep Blue, Los jugadores de Foldit demostraron que los humanos todavía tienen una o dos cosas que enseñar a las máquinas; a diferencia de Henry, quien murió, o Kasparov, que perdió en una revancha, los jugadores de plegamiento de proteínas todavía tienen una ventaja sobre el procesamiento numérico de fuerza bruta de las supercomputadoras.
Para comprender el alcance de este logro y lo que podría significar para el futuro del VIH, veamos por qué es tan importante comprender cómo se pliega una proteína.
Aquí hay un rápido desglose visual que muestra cómo encajan las proteínas con nuestra estructura genética. Imagen cortesía de Programas de Genoma del Departamento de Energía de EE. UU. Las proteínas son responsables de numerosas funciones en el cuerpo, todo, desde convertir alimentos en energía hasta transmitir mensajes químicos. El peculiar origami de cada proteína determina tanto su función como su capacidad para conectarse con otras moléculas. Es como si una proteína fuera una cadena formada por mil candados, todos agrupados en una bola:si quisieras diseñar un fármaco para afectarlo, necesitaría saber qué cerraduras se volvieron hacia afuera, y en que patrón, para que puedas cortar un juego de llaves para que quepan.
Las proteínas particulares juegan un papel fundamental en la cadena de eventos clave. Los investigadores valoran estas proteínas porque representan una vulnerabilidad que pueden explotar para ralentizar o detener una enfermedad. incluso retrovirus como VIH y MPMV. A retrovirus es un virus que lleva su información genética como ácido ribonucleico (ARN) en lugar de ADN. Estos virus transcriben su ARN en ADN, en lugar de viceversa, enredando permanentemente su código genético en el genoma de la célula infectada y transformándolo en una fábrica para producir más retrovirus.
Los retrovirus se basan en un catalizador proteico llamado enzima proteasa como parte de su proceso reproductivo. La inhibición de esa proteína arroja una llave inglesa a la maquinaria de destrucción de un retrovirus. En efecto, estos inhibidores de la proteasa ya se utilizan para tratar la infección por VIH en pacientes con SIDA [fuente:Britannica].
Desafortunadamente, desentrañar la estructura de tales proteínas es uno de los acertijos más difíciles que conocemos. Imagina llenar una caja gigante con luces de árbol de Navidad enredadas, juguetes slinky en desuso alambre de espino, cinta adhesiva y electroimanes, luego agitándolo y volteándolo, y finalmente tratando de adivinar qué forma habías hecho. Solo ha comenzado a arañar la superficie de la complejidad de esta tarea. Las proteínas pueden constar de más de 10, 000 átomos cada uno, formando cadenas, subcadenas y enlaces en innumerables combinaciones; De hecho, hay más formas de plegar una proteína que átomos en el universo [fuente:Bohannon].
Tal complejidad es más de lo que incluso una supercomputadora a veces puede manejar, particularmente porque las computadoras no son especialmente buenas para trabajar con formas tridimensionales. Entonces, Los científicos comenzaron a buscar un medio más rápido y eficaz para romper las estructuras de las proteínas. ¿Su solución? Utilice las capacidades innatas de análisis espacial del cerebro humano. Nació Foldit. Casi inmediatamente, empezó a pagar dividendos.
En esta próxima sección, veremos más de cerca cómo funciona Foldit, lo que los jugadores han logrado con él y si curaron o no el VIH.
Una parte esencial del oficio del relojero consiste en ensamblar una colección de piezas delicadas dentro de un espacio lo más compacto posible, al tiempo que se asegura de que los espacios reducidos no interfieran con la función del reloj.
En Foldit, los jugadores utilizan una caja sencilla de herramientas para manipular la forma de una proteína. La idea es doblar giro, Mueva y sacuda las cadenas laterales de la proteína y la columna vertebral de aminoácidos de modo que toda la estructura quede empaquetada en su forma óptima. Los jugadores saben que su solución funciona cuando se deshacen de colisiones entre cadenas laterales de átomos, ocultar las cadenas hidrofóbicas dentro de la proteína, enfrentan las cadenas hidrófilas hacia afuera y eliminan los grandes espacios vacíos que amenazan la estabilidad de la proteína, todo lo cual se refleja en su puntuación.
El marcador, junto con las reglas que rigen los movimientos permitidos, deriva de las leyes de la física que rigen el plegamiento de proteínas. La termodinámica nos dice que los sistemas naturales tienden hacia estados de menor energía. Otras leyes físicas, como la atracción mutua de cargas opuestas, repulsión de cargas similares y limitaciones con respecto a cómo se pueden organizar y rotar los enlaces atómicos, también están incorporados.
El programa Foldit abstrae los detalles en una forma que el ojo puede percibir y el cerebro puede captar. La física se maneja entre bastidores, liberar a los jugadores para manipular las formas a través de un análisis meticuloso, instinto o cualquier método que les convenga.
Dentro de un año de su introducción, Los jugadores de Foldit produjeron soluciones de plegamiento de proteínas que eclipsaron a las presentadas por biólogos moleculares. Inspirado por los primeros éxitos, Los creadores de Foldit aplicaron el programa a otras proteínas y encargaron a los jugadores el diseño de nuevas proteínas para combatir el cáncer. SIDA y enfermedad de Alzheimer. Por ejemplo, la proteína supresora de tumores p53 está dañada en muchos pacientes con cáncer. Si se repara o reemplaza, tal proteína podría detener el crecimiento del tumor.
Desconcertar con éxito la enzima proteasa MPMV es la piedra angular de la carrera de Foldit hasta ahora. Sin embargo, antes de que llegaran los jugadores se batieron a través de decenas de miles de prototipos en constante mejora hasta que, menos de tres semanas después de que comenzaron, habían resuelto este rompecabezas de proteínas en particular [fuente:Niemeyer]. No fue una cura para el VIH, pero gracias a un parecido familiar retroviral, El catalizador de proteínas del MPMV ayudará a los investigadores a desarrollar mejores medicamentos antirretrovirales con los que combatir el VIH.
Foldit no está exento de limitaciones, tampoco es una piedra de Rosetta para todas las proteínas. Sin embargo, permitió a una multitud de jugadores predecir la estructura de una proteína que había desafiado todos los enfoques tradicionales, y eso solo justifica su valor como herramienta para el análisis molecular.
Crowdsourcing y computación distribuidaCada vez más, los científicos están aprovechando las colaboraciones masivas para generar ideas a bajo costo y aportar una amplia variedad de perspectivas para responder a las preguntas de investigación. Foldit es una forma asistida por computadora de tal crowdsourcing , pero las multitudes también pueden ayudar a las computadoras. Por ejemplo, en Computación distribuída , las personas dedican voluntariamente el tiempo de inactividad de su computadora a la resolución de un problema. Individualmente, estos ciclos de procesamiento no cuentan mucho, pero combinado, se suman a una supercomputadora virtual. Hecho famoso por la búsqueda del programa SETI @ home de inteligencia extraterrestre, La computación distribuida también ayuda a modelar las estructuras de las proteínas. Rosetta en casa, también desarrollado en la Universidad de Washington, se ha instalado en cientos de miles de máquinas host, proporcionando una alternativa valiosa a las técnicas de análisis de proteínas más tradicionales, tal como Cristalografía de rayos X y Resonancia magnética nuclear espectroscópica ( RMN ).
