Ateities mokslas? Virtuali tyrimų laboratorija kaip kompiuterinis žaidimas - jau galite išbandyti! (Video)

Žaidimas, pavadintas „EteRNA“, žaidėjams suteikė galimybę nuotoliniu būdu atlikti tikrus eksperimentus ir patikrinti savo prognozes apie tai, kaip susisuka RNR molekulės. Ir jau gautas pirmas svarbus šio tyrimo rezultatas: šią savaitę prestižiniame recenzuojamame leidinyje „Proceedings of the National Academy of Sciences“ publikuotas mokslinis darbas, kurio autorių sąraše yra daugiau nei 37 000 autorių. Ir iš jų tik 10 yra profesionalūs mokslininkai, rašo sciencemag.org.

„Tai labai įdomus reikalas“, - sakė Kalifornijos technologijų instituto (JAV) biofizikas Erikas Winfree.

Kai kurie „EteRNA“ vertina kaip ateities mokslo daigą – ne tik išnaudojant visuomenės resursus vykdant mokslinius tyrimus, bet ir suteikiant žmonėms prieigą prie tikros laboratorijos. Pasak E. Winfree, „debesinė biochemija“, kaip ją vadina kai kurie mokslininkai, yra ne tik neišvengiama – ji jau egzistuoja ir yra taikoma. DNR sekų surašymai, genų ekspresijos bandymai ir daugelis biocheminių tyrimų jau dabar yra užsakomi iš nežinia kur esančių bendrovių, o bet kokie „šlapi laboratoriniai darbai“, kurie gali būti automatizuoti, ir bus automatizuoti. „Tuomet mokslininkai visą savo dėmesį galės skirti nenuobodiems dalykams“, - sakė biofizikas.

„EteRNA“ išaugo iš internetinio kompiuterinio žaidimo, pavadino „Foldit“. 2008 metais sukurtas grupės, kuriai vadovavo Vašingtono universiteto Sietle (JAV) atstovai - molekulinės biologijos specialistas Davidas Bakeris ir kompiuterių mokslininkas Zoranas Popovićius. „Foldit“ tikslas – prognozuoti trimatę struktūrą, į kurią susivynios amino rūgščių grandinė. Modifikuojant virtualias grandines „Foldit“ žaidėjai bendromis pajėgomis struktūras gali prognozuoti tiksliau nei patys galingiausi pasaulio superkompiuteriai. Du „Foldit“ komandos nariai, Adrienas Treuille ir Rhiju Dasas 2009 metais sugalvojo kurti „EteRNA“. „Kilo idėja sukurti „Foldit“ versiją RNR grandinių struktūrai prognozuoti“, - sakė šiuo metu Carnegie Mellon universitete dirbantis A. Treuille. Jis kartu su doktorantu Jeehyungu Lee sukūrė reikalingą programinę įrangą, tačiau vėliau R. Dasas įtikino juos žengti kur kas toliau: suteikti žaidėjams galimybę prisijungti prie tikros, robotų valdomos biochemijos laboratorijos. Juk RNR sintezė ir jos trimatės struktūros nustatymas yra gerokai pigesni ir spartesni nei darbas su baltymais.

J. Lee teko sunkiausia užduotis – viską padaryti iš naujo, perkurti žaidimą taip, kad jis būtų ne tik molekulių struktūros modeliavimo priemonė, bet ir sąsaja su laboratorija, suteikianti prieigą prie tikrų RNR sekų sintezės, RNR trimačių struktūrų sudarymo hipotezių tikrinimo ir duomenų analizavimo. Iki 2010 m. J. Lee jau turėjo bandymams tinkamą žaidimo prototipą. O prof. R. Dasas Stanfordo universitete (JAV) buvo parengęs laboratoriją, kurią galima sujungti su žaidimu. Vienintelis dalykas, kurio stigo – tai žaidėjai.

Kelis šimtus žaidėjų sudomino pranešimas „Foldit“ gerbėjų bendruomenei. Tačiau tikrasis susidomėjimo „EteRNA“ žaidimu bumas prasidėjo 2011 m. pradžioje, kuomet straipsnį apie žaidimą publikavo „The New York Times“: žaidėjai plūdo tūkstančiais.

Žaidimą papildo išsamios pamokėlės ir keli galvosūkiai su žinomomis RNR struktūromis: galimybė prisijungti prie „EteRNA“ mokslininkų komandos suteikiama tik surinkus 10 000 taškų. Pasiekus šį lygį tikslas yra kurti tokias RNR sekas, kurios susivyniotų į pageidaujamas trimates struktūras. Kiekvieną savaitę balsuojama už aštuonias sekas, kurios siunčiamos į Stanfordo universitetą sintezavimui ir struktūros nustatymui. Grįžtantys duomenys atskleidžia, kaip tikroji molekulių struktūra atitinka prognozę. Tokiu būdu, pasak A. Treuille, „taškus skaičiuoja realybė“. Grįžtamasis ryšys žaidėjams suteikia galimybę koreguoti hipotezių rinkinį ir kurti taisykles, pagal kurias nustatoma, kaip susisuks RNR nukleotidų seka.

Po dvejų žaidimo metų, praktiškai ištyrus kelis šimtus RNR struktūrų, „EteRNA“ žaidėjai įrodė, kad jie yra rimta mokslininkų komanda: neseniai publikuotame tyrime nurodyta, kad iš 37 000 žaidėjų apie 1000 įgijo teisę „žaisti“ tikroje laboratorijoje. Tiesa, iki šiol žaidėjų kiekis išaugo net iki 133 000, iš jų 4000 – su galimybe jungtis prie laboratorijos. Bendromis pajėgomis jie sukūrė 40 naujų RNR susivyniojimo taisyklių. Pavyzdžiui, žaidėjai nustatė, kad skirtingų RNR struktūrų – pavyzdžiui, kilpų ir atšakų – jungimosi vietos yra gerokai stabilesnės, jeigu jose gausu guanino ir citozino – stipriausius ryšius sudarančių RNR bazinių porų. Norėdami įvertinti šių taisyklių teisingumą, žaidėjai naujame RNR struktūros užduočių rinkinyje rungtyniavo prieš kompiuterį. Mokslininkai 40 žaidėjų sukurtų taisyklių įdiegė į algoritmą, pavadintą „EteRNA Bot“.

Bet žmonės nenusileido net ir tokiam taisykles išmanančiam kompiuteriui – 99 proc. atvejų jie trimatę struktūrą prognozavo tiksliau, nei standartinė programinė įranga, o patobulintas algoritmas už standartinę programinę įrangą buvo tikslesnis „tik“ 95 proc. atvejų. Tai – ženklas, kad visuomenės atstovų sukauptos žinios apie RNR susivyniojimą vis dar yra pranašesnės, kad dar ne visos žinios perduotos kompiuteriui. Pasak J. Lee, kitas žingsnis – visiškai robotizuoti laboratoriją. Tiesa, joje žmonės vis dar turėtų darbo – jie turėtų atlikti keletą veiksmų tarp RNR sekos gavimo iš žaidėjų ir duomenų sugrąžinimo.

Pasak Kalifornijos universiteto biomolekulių inžinieriaus Shawno Douglaso, „EteRNA“ idėja nebūtų tinkama bet kokiam mokslui – juk užduotis turi būti „imli sužaidybinimui“. Tačiau jis optimistiškai tikisi, jog tai – tik pradžia, kad žaidimų pagrindu atliekamų mokslinių atradimų bus ir daugiau. „Daugelis biologinių tyrimų sričių pasiekė tokį sudėtingumo lygį, kad darbai stringa dėl atskirų mokslininkų protinių galimybių ribos. Pasaulyje yra dešimtys tūkstančių žmonių su protinių gebėjimų pertekliumi ir noru dalyvauti sprendžiant mokslinius uždavinius“, - sakė inžinierius. Pasak jo, svarbiausia – sukurti patrauklų žaidimą.

Jeigu norite išbandyti savo jėgas žaidime - jį rasite čia.