5.3.2 Foldit

Foldit هي لعبة قابلة للطي البروتين تمكن غير الخبراء من المشاركة بطريقة ممتعة.

جائزة نيتفليكس ، رغم أنها مثيرة وواضحة ، فهي لا توضح النطاق الكامل لمشاريع المكالمات المفتوحة. على سبيل المثال ، في جائزة نيتفليكس ، كان لدى معظم المشاركين الجادين سنوات من التدريب في مجال الإحصاء والتعلم الآلي. ولكن ، يمكن لمشاريع الاتصال المفتوحة أيضا أن تشارك المشاركين الذين ليس لديهم تدريب رسمي ، كما هو موضح من قبل فولد ، وهي لعبة قابلة للطي البروتين.

طي البروتين هو العملية التي تتخذ من خلالها سلسلة من الأحماض الأمينية شكلها. مع فهم أفضل لهذه العملية ، يمكن لعلماء الأحياء تصميم بروتينات ذات أشكال محددة يمكن استخدامها كأدوية. وببساطة ، تميل البروتينات إلى الانتقال إلى تكوينها الأقل طاقة ، وهو تكوين يوازن بين مختلف الدفعات والسحب داخل البروتين (الشكل 5.7). لذا ، إذا أراد أحد الباحثين التنبؤ بالشكل الذي سيتدفق فيه البروتين ، فإن الحل يبدو بسيطا: فقط جرّب كل التكوينات الممكنة ، وحساب طاقاتها ، وتنبئ بأن البروتين سيتدفق إلى التكوين الأقل طاقة. لسوء الحظ ، فإن محاولة جميع التهيئات المحتملة أمر مستحيل حسابياً لأن هناك مليارات ومليارات التكوينات المحتملة. حتى مع وجود أقوى أجهزة الكمبيوتر المتاحة اليوم - وفي المستقبل المنظور - فإن القوة الغاشمة لن تنجح. لذلك ، طور علماء الأحياء العديد من خوارزميات ذكية للبحث بكفاءة عن التكوين الأقل طاقة. ولكن ، على الرغم من الكم الهائل من الجهود العلمية والحاسوبية ، فإن هذه الخوارزميات لا تزال بعيدة عن الكمال.

الشكل 5.7: طي البروتين. الصورة مجاملة من "DrKjaergaard" / ويكيميديا ​​كومنز .

كان ديفيد بيكر ومجموعته البحثية في جامعة واشنطن جزءًا من مجتمع العلماء الذين يعملون على إنشاء مناهج حسابية لطي البروتين. في أحد المشاريع ، طور بيكر وزملاؤه نظامًا يسمح للمتطوعين بالتبرع بوقت غير مستخدم على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم للمساعدة في محاكاة طي البروتين. في المقابل ، يمكن للمتطوعين مشاهدة شاشة تعرض البروتينية للطي التي كانت تحدث على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم. كتب العديد من هؤلاء المتطوعين إلى بيكر وزملاؤه قائلين إنهم يظنون أنهم يستطيعون تحسين أداء الكمبيوتر إذا كان بإمكانهم المشاركة في الحساب. وهكذا بدأت Foldit (Hand 2010) .

يتحول الطوي من عملية طي البروتين إلى لعبة يمكن لأي شخص لعبها. من وجهة نظر اللاعب ، يبدو أن الـ Foldit لغز (الشكل 5.8). يتم تقديم اللاعبين مع تشابك ثلاثي الأبعاد لبنية البروتين ويمكنهم إجراء العمليات - "tweak،" "wiggle"، "rebuild" - التي تغير شكلها. من خلال إجراء هذه العمليات ، يقوم اللاعبون بتغيير شكل البروتين ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة أو تقليل درجاتهم. بشكل حاسم ، يتم حساب النتيجة بناءً على مستوى الطاقة للتكوين الحالي ؛ تكوينات الطاقة المنخفضة تؤدي إلى درجات أعلى. وبعبارة أخرى ، تساعد النقاط على توجيه اللاعبين أثناء بحثهم عن تكوينات منخفضة الطاقة. هذه اللعبة ممكنة فقط لأنه - تمامًا مثل التنبؤ بتقييم الأفلام في جائزة Netflix - فإن طي البروتين يمثل أيضًا وضعًا يسهل فيه التحقق من الحلول أكثر من توليدها.

الشكل 5.8: شاشة اللعبة لـ Foldit. مستنسخة بإذن من http://www.fold.it.

يتيح التصميم الأنيق لـ Foldit للاعبين ذوي المعرفة الرسمية القليلة بالكيمياء الحيوية التنافس مع أفضل الخوارزميات التي صممها الخبراء. في حين أن معظم اللاعبين ليسوا جيدًا بشكل خاص في هذه المهمة ، فهناك عدد قليل من اللاعبين الفرديين وفرق صغيرة من اللاعبين استثنائية. في الواقع ، في منافسة مباشرة بين اللاعبين المتعددين والخوارزميات الحديثة ، قام اللاعبون بإيجاد حلول أفضل لخمسة من أصل 10 بروتينات (Cooper et al. 2010) .

تختلف كل من Foldit وجائزة Netflix من عدة نواح ، ولكنهما يتضمنان مكالمات مفتوحة للحلول التي يسهل فحصها أكثر من توليدها. الآن ، سنرى نفس الهيكل في إطار مختلف آخر: قانون براءات الاختراع. يوضح هذا المثال الأخير لمشكلة مكالمة مفتوحة أنه يمكن استخدام هذا الأسلوب أيضًا في إعدادات غير قابلة للقياس بوضوح.