5.3.2 Foldit
Το Foldit είναι ένα παιχνίδι δίπλωμα πρωτεϊνών που επιτρέπει στους μη ειδικούς να συμμετέχουν με τρόπο που να είναι διασκεδαστικό.
Το βραβείο Netflix, μολονότι είναι υποβλητικό και σαφές, δεν απεικονίζει το πλήρες φάσμα των έργων ανοιχτής κλήσης. Για παράδειγμα, στο Βραβείο Netflix, οι περισσότεροι από τους σοβαρούς συμμετέχοντες είχαν χρόνια κατάρτισης στον τομέα των στατιστικών και της μηχανικής μάθησης. Όμως, τα ανοιχτά προγράμματα κλήσεων μπορούν να περιλαμβάνουν και συμμετέχοντες που δεν έχουν επίσημη εκπαίδευση, όπως έδειξε το Foldit, ένα παιχνίδι δίπλωμα με πρωτεΐνες.
Η δίπλωση πρωτεϊνών είναι η διαδικασία μέσω της οποίας μια αλυσίδα αμινοξέων παίρνει το σχήμα της. Με μια καλύτερη κατανόηση αυτής της διαδικασίας, οι βιολόγοι θα μπορούσαν να σχεδιάσουν πρωτεΐνες με συγκεκριμένα σχήματα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φάρμακα. Απλουστεύοντας αρκετά, οι πρωτεΐνες τείνουν να κινούνται στη χαμηλότερη ενεργειακή τους διαμόρφωση, μια διαμόρφωση που εξισορροπεί τις διάφορες πιέσεις και τραβά μέσα στην πρωτεΐνη (σχήμα 5.7). Έτσι, εάν ένας ερευνητής θέλει να προβλέψει το σχήμα στο οποίο θα αναδιπλωθεί μια πρωτεΐνη, η λύση ακούγεται απλή: απλά δοκιμάστε όλες τις πιθανές διαμορφώσεις, υπολογίστε τις ενέργειές τους και προβλέψτε ότι η πρωτεΐνη θα διπλωθεί στη διαμόρφωση χαμηλότερης ενέργειας. Δυστυχώς, η προσπάθεια όλων των δυνατών διαμορφώσεων είναι αδύνατη υπολογιστικά επειδή υπάρχουν δισεκατομμύρια και δισεκατομμύρια πιθανών διαμορφώσεων. Ακόμα και με τους πιο ισχυρούς υπολογιστές που είναι διαθέσιμοι σήμερα - και στο άμεσο μέλλον - η βίαιη δύναμη δεν πρόκειται να λειτουργήσει. Ως εκ τούτου, οι βιολόγοι έχουν αναπτύξει πολλούς έξυπους αλγορίθμους για να αναζητήσουν αποτελεσματικά τη διαμόρφωση χαμηλότερης ενέργειας. Αλλά, παρά τις τεράστιες ποσότητες επιστημονικής και υπολογιστικής προσπάθειας, αυτοί οι αλγόριθμοι απέχουν ακόμη πολύ από την τέλεια.
Σχήμα 5.7: Αναδίπλωση πρωτεϊνών. Η εικόνα προσφέρθηκε από το "DrKjaergaard" / Wikimedia Commons .
Ο David Baker και η ερευνητική του ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον ήταν μέρος της κοινότητας επιστημόνων που εργάζονται για να δημιουργήσουν υπολογιστικές προσεγγίσεις στην αναδίπλωση πρωτεϊνών. Σε ένα έργο, ο Baker και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν ένα σύστημα που επέτρεπε στους εθελοντές να δωρίσουν αχρησιμοποίητο χρόνο στους υπολογιστές τους για να βοηθήσουν την δίπλωση πρωτεϊνών προσομοίωσης. Σε αντάλλαγμα, οι εθελοντές μπορούσαν να παρακολουθήσουν μια προφύλαξη οθόνης που δείχνει την αναδίπλωση πρωτεΐνης που συνέβαινε στον υπολογιστή τους. Αρκετοί από αυτούς τους εθελοντές έγραψαν στον Baker και τους συναδέλφους του λέγοντας ότι σκέφτονται ότι θα μπορούσαν να βελτιώσουν την απόδοση του υπολογιστή αν μπορούσαν να συμμετάσχουν στον υπολογισμό. Έτσι ξεκίνησε το Foldit (Hand 2010) .
Το Foldit μετατρέπει τη διαδικασία αναδίπλωσης πρωτεϊνών σε παιχνίδι που μπορεί να παιχτεί από οποιονδήποτε. Από την πλευρά του παίκτη, το Foldit φαίνεται να είναι ένα παζλ (σχήμα 5.8). Οι παίκτες παρουσιάζονται με ένα τρισδιάστατο μπάλωμα πρωτεϊνικής δομής και μπορούν να εκτελέσουν λειτουργίες - "τσίμπημα", "κουνάω", "ανοικοδόμηση" - που αλλάζουν σχήμα. Με την εκτέλεση αυτών των λειτουργιών οι παίκτες αλλάζουν το σχήμα της πρωτεΐνης, το οποίο με τη σειρά της αυξάνει ή μειώνει το σκορ. Εκτιμητικά, η βαθμολογία υπολογίζεται βάσει της ενεργειακής στάθμης της τρέχουσας διαμόρφωσης. χαμηλότερες ενεργειακές διαμορφώσεις έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερες βαθμολογίες. Με άλλα λόγια, η βαθμολογία βοηθάει τους οδηγούς να αναζητούν χαμηλές ενεργειακές διαμορφώσεις. Αυτό το παιχνίδι είναι εφικτό μόνο επειδή -όπως και η πρόβλεψη των αξιολογήσεων ταινιών στην πτυχή Netflix-Protein folding είναι επίσης μια κατάσταση όπου είναι ευκολότερο να ελέγξετε τις λύσεις παρά να τις δημιουργήσετε.
Σχήμα 5.8: Οθόνη παιχνιδιού για Foldit. Αναπαράγεται με την άδεια του http://www.fold.it.
Το κομψό σχεδιασμό του Foldit δίνει τη δυνατότητα σε παίκτες με λίγη επίσημη γνώση της βιοχημείας να ανταγωνίζονται τους καλύτερους αλγορίθμους που σχεδιάζουν οι ειδικοί. Ενώ οι περισσότεροι παίκτες δεν είναι ιδιαίτερα καλοί στο έργο, υπάρχουν μερικοί μεμονωμένοι παίκτες και μικρές ομάδες παικτών που είναι εξαιρετικές. Στην πραγματικότητα, σε έναν ανταγωνισμό μεταξύ των παικτών Foldit και των υπερσύγχρονων αλγορίθμων, οι παίκτες δημιούργησαν καλύτερες λύσεις για 5 από τις 10 πρωτεΐνες (Cooper et al. 2010) .
Το Foldit και το βραβείο Netflix διαφέρουν με πολλούς τρόπους, αλλά και οι δύο περιλαμβάνουν ανοιχτές κλήσεις για λύσεις που είναι πιο εύκολο να ελεγχθούν παρά παράγουν. Τώρα, θα δούμε την ίδια δομή σε ένα ακόμη πολύ διαφορετικό πλαίσιο: τον νόμο για τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Αυτό το τελευταίο παράδειγμα ενός προβλήματος ανοιχτής κλήσης δείχνει ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ρυθμίσεις που δεν είναι προφανώς επιδεκτικές στην ποσοτικοποίηση.
