ЭтеРНК
 | |
| Разработчик(и) | Стэнфордский университет Университет Карнеги-Меллон |
|---|---|
| Первоначальный выпуск | 2010 |
| Доступно в | Английский |
| Тип | Игра со смыслом , Головоломка |
| Веб-сайт | вечная игра |
Eterna — это браузерная «целевая игра» , разработанная учеными из Карнеги-Меллон и Стэнфордского университета , которая предлагает пользователям решать головоломки, связанные со сворачиванием молекул РНК Университета . [1] Проект поддерживается Фондом Билла и Мелинды Гейтс , Стэнфордским университетом и Национальными институтами здравоохранения . [2] Предыдущие спонсоры включают Национальный научный фонд . [3]
Подобно Foldit , созданному теми же исследователями, которые разработали Eterna, головоломки используют возможности человеческого решения задач для решения головоломок, которые являются трудоемкими в вычислительном отношении для современных компьютерных моделей. Исследователи надеются извлечь выгоду из « краудсорсинга » [4] и коллективный разум [1] игроков Eterna, чтобы ответить на фундаментальные вопросы о механике сворачивания РНК. Проекты, получившие наибольшее количество голосов, синтезируются в биохимической лаборатории Стэнфорда для оценки закономерностей сворачивания молекул РНК и их непосредственного сравнения с компьютерными предсказаниями, что в конечном итоге улучшает компьютерные модели . [3] [5]
В конечном итоге исследователи Eterna надеются определить «полный и повторяемый набор правил», который позволит синтезировать РНК, которые последовательно сворачиваются в ожидаемые формы. [6] Руководители проекта Eterna надеются, что определение этих основных принципов может облегчить разработку наномашин и переключателей на основе РНК . [7] Создатели Eterna были приятно удивлены решениями игроков Eterna, особенно тех, кто не является исследователем, чье «творчество не ограничено тем, как, по их мнению, должен выглядеть правильный ответ». [8]
По состоянию на 2016 год в Eterna зарегистрировано около 250 000 игроков. [9]
Геймплей
[ редактировать ]Игрокам предлагается заданная целевая форма, в которую должна свернуться цепь РНК. Игрок может изменить последовательность, поместив любой из четырех РНК нуклеотидов ( аденин , цитозин , гуанозин и урацил ) в различные положения; это может изменить свободную энергию системы и существенно повлиять на динамику сворачивания цепи РНК. В Eterna иногда налагаются различные ограничения, например, на количество определенных баз и количество трех типов пар оснований , а также заблокированные базы. связывается Иногда также включается молекула, которая с РНК и оказывает решающее влияние на свободную энергию системы. В некоторых более сложных головоломках игрокам могут одновременно предлагаться две или три разные формы мишеней; единственная последовательность, которую создает игрок, должна складываться в соответствующие формы при разных условиях (наличии или отсутствии связывающей молекулы).
Головоломки Eterna условно делятся на три типа: испытания, головоломки для игроков и облачная лаборатория. Испытания — это головоломки, подготовленные создателями игры, чтобы познакомить игроков с работой Eterna, а также предоставить игрокам серию заранее установленных головоломок. Игроки создают головоломки, а в Cloud Lab игроки могут просмотреть, проголосовать или попробовать активные, предложенные и заархивированные лабораторные проекты.
Новым игрокам предлагается пройти начальную головоломку, знакомящую с основными понятиями структуры и сворачивания РНК. По мере того как игроки решают головоломки возрастающей сложности, описываются различные элементы игрового интерфейса. Решив 30 головоломок и заработав все пять значков Eterna Essentials, игроки получают доступ к Облачной лаборатории, где они могут участвовать в лабораторных исследованиях. Как только игроки решат достаточное количество головоломок РНК, у них появится возможность создавать головоломки для других игроков.
Биомедицинские проблемы
[ редактировать ]В 2016 году Eterna запустила свою первую биомедицинскую программу под названием OpenTB — инициативу по разработке нового устройства для диагностики туберкулеза. В проекте используется «сигнатура» экспрессии генов, обнаруженная исследователями из Стэнфорда на основе общедоступных данных, и его целью является создание бумажного диагностического набора с открытым исходным кодом, который можно будет легко использовать в клиниках по всему миру. Разработка комплекта с открытым исходным кодом осуществляется в сотрудничестве с Little Devices Lab Массачусетского технологического института . Игроки успешно разработали РНК для обнаружения сигнатуры гена ко второму раунду испытания, и по состоянию на февраль 2018 года тестирование продолжается с использованием реальных образцов пациентов. [10]
После успеха OpenTB в августе 2017 года Eterna запустила OpenCRISPR , который предлагает игрокам разработать единые направляющие РНК (sgRNA), используемые при редактировании генов CRISPR. Цель проекта — создать новый класс sgRNA, которые можно будет модулировать с помощью другой небольшой молекулы (например, теофиллина), что позволит включать или выключать редактирование генов в организме по мере необходимости. По завершении первого раунда в ноябре 2017 года игроки подали на синтез более 90 000 проектов РНК, что является самым большим набором заявок на сегодняшний день. [11]
В ответ на эпидемию SARS-CoV-2 компания Eterna присоединилась к сотрудничеству OpenVaccine с целью разработки методов стабилизации молекул мРНК, которые можно было бы хранить и транспортировать без необходимости глубокой заморозки. Игроки представили 6000 проектов для исследования стабильности малых молекул РНК на уровне нуклеотидов и использовали результаты для разработки структурированных нанолюцифераз, которые были протестированы на деградацию in vitro и на экспрессию белков in vivo. Исследование OpenVaccine привело к появлению новых методов и принципов разработки терапевтических средств со стабилизированной мРНК, включая вакцины, срок годности которых потенциально в три раза превышает текущий. [12] [13]
Синтетическая биология
[ редактировать ]В 2019 году Eterna запустила проект по разработке рибосом OpenRibosome в сотрудничестве с лабораторией Jewett в Северо-Западном университете, чтобы улучшить сворачивание модифицированных рибосом Escherichia coli на платформе для построения бесклеточных рибосом iSAT. Производство белка двадцати последовательностей 16S и двадцати 23S, разработанных игроками, оценивается в серии из четырех итераций на основе обратной связи. Рибосомы преобразуются в молекулярные машины, способные синтезировать уникальные полимеры. [14]
Достижения
[ редактировать ]- К августу 2011 года около 26 000 игроков предоставили проекты последовательностей РНК, и более 306 проектов было синтезировано для in vitro . тестирования [15]
- В январе 2014 года результаты Eterna были опубликованы в журнале PNAS , а «участники Eterna» были указаны в качестве соавторов статьи. [16] [17]
- Геймеры Eterna превзошли алгоритмы суперкомпьютера в решении всех 100 задач по проектированию вторичной структуры РНК, а лучший результат из шести использованных алгоритмов составил 54. Манипулируя химическими последовательностями РНК, геймеры создавали стабильные формы желаемых форм. Стратегии, разработанные игроками, выявили конкретные структурные особенности, которые затрудняют обратное сворачивание РНК. Исследователи Eterna надеются, что путем интеграции своих стратегий в алгоритмы можно будет добиться улучшения автоматизированного проектирования вторичной структуры РНК. Результаты испытаний были опубликованы в Журнале молекулярной биологии в феврале 2016 года. [9] [18] Это была первая статья, основанная на доминирующем авторском вкладе (и соавторстве) гражданских ученых-неспециалистов, привлеченных с помощью видеоигры.
- Гражданские ученые Eterna обнаружили несоответствие в химическом зондировании SHAPE и DMS при считывании цепочек 7+ аденозина и впоследствии опубликовали свои выводы в журнале Biochemistry . [19] Это первая статья, написанная исключительно гражданскими учеными и опубликованная в рецензируемом журнале.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Игра РНК позволяет игрокам помочь найти биологический приз» , Джон Маркофф, The New York Times , 10 января 2011 г.
- ^ «Этерна – изобретай медицину» . eternagame.org . Проверено 7 февраля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «Перезагрузка научной деятельности». Архивировано 18 июля 2018 г. в Wayback Machine , Алан Чен, Американское общество биохимии и молекулярной биологии , июнь 2011 г.
- ^ «Исследование РНК Eterna начинает свою работу» , Эрин Олдей, San Francisco Chronicle , 17 января 2011 г.
- ^ «Сыграйте в игру и создайте настоящую РНК» , Джон Роуч, MSNBC , 11 января 2011 г.
- ^ «Treuille On Eterna - игра, в которую играют люди, заработанная природой». Архивировано 4 октября 2012 г. в Wayback Machine : Интервью с Адриеном Трейем, Байроном Спайсом, Новости факультета и персонала, Университет Карнеги-Меллона , 22 января 2011 г.
- ^ Об Этерне
- ^ «Примет ли НИЗ премии в области биомедицинских исследований?» Архивировано 26 июля 2011 г. в Wayback Machine , Майкл Прайс, ScienceInsider , Science, 19 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Тейлор, Ник (18 февраля 2016 г.). «Геймеры ломают алгоритмы в задаче по проектированию структуры РНК» . www.freightbiotechit.com . Проверено 23 февраля 2016 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Лабораторный вызов OpenTB» .
- ^ «Лабораторный вызов OpenCRISPR» .
- ^ «Онлайн-геймеры могут помочь вакцинировать миллиарды» . БлумбергКвинт . 15 октября 2020 г. Проверено 13 ноября 2020 г.
- ^ Уэймент-Стил, Ханна К; Ким, До Сун; Чоу, Кристиан А; Никол, Джон Дж; Веллингтон-Огури, Роджер; Уоткинс, Эндрю М; Парра Сперберг, Р. Андрес; Хуан, По-Сы; Участники, Этерна; Дас, Риджу (14 сентября 2021 г.). «Теоретические основы стабилизации информационной РНК посредством проектирования вторичной структуры» . Исследования нуклеиновых кислот . 49 (18): 10604–10617. дои : 10.1093/nar/gkab764 . ISSN 0305-1048 . ПМЦ 8499941 . ПМИД 34520542 .
- ^ «Лабораторный вызов OpenRibosome» .
- ^ «Общественность, играющая в игру по созданию молекул, превосходит ученых» , Рэйчел Уайзман, блог Wired Campus, The Chronicle of Higher Education , 12 августа 2011 г.
- ^ Команда Этерна. «Результаты Eterna опубликованы в PNAS» . Проверено 19 июля 2014 г.
- ^ Ли, Джихён; Кладванг, Випапат; Ли, Минджэ; Канту, Дэниел; Азизян, Мартин; Ким, Ханджу; Лимпечер, Алекс; Юн, Сунгро ; Трей, Адриан; Дас, Риджу; Участники Eterna (17 января 2014 г.). «Правила проектирования РНК из огромной открытой лаборатории» . ПНАС . 111 (6): 2122–2127. Бибкод : 2014PNAS..111.2122L . дои : 10.1073/pnas.1313039111 . ПМЦ 3926058 . ПМИД 24469816 .
- ^ Андерсон-Ли, Дж.; Фискер, Э.; и др. (17 февраля 2016 г.). «Принципы прогнозирования сложности проектирования вторичной структуры РНК» . Журнал молекулярной биологии . 428 (5). Эльзевир: 748–757. дои : 10.1016/j.jmb.2015.11.013 . ПМК 4833017 . ПМИД 26902426 .
- ^ Веллингтон-Огури, Роджер; Фискер, Эли; Зада, Мэтью; Уайли, Мишель; Таунли, Джилл; Игроки, Этерна (09.06.2020). «Доказательства необычной сигнатуры поли(А) РНК, обнаруженной с помощью высокопроизводительного химического картирования» . Биохимия . 59 (22): 2041–2046. doi : 10.1021/acs.biochem.0c00215 . ISSN 0006-2960 . ПМИД 32412236 . S2CID 218649394 .
