Белок Рубика
Даже если вы не любите головоломки, то знакомы с такой культовой вещью, как кубик Рубика. Эта игрушка настолько же проста, насколько и гениальна: вам нужно всего-то собрать на каждой стороне одинаковый цвет. Но знаете ли вы, что можно заниматься биохимическими исследованиями, играя в схожую игру? Рассказываем все про Foldit.
С чем будем работать
Белки — важнейшие полимеры в живых клетках наряду с нуклеиновыми кислотами. Они выполняют столько функций, что и не пересчитать: ускоряют химические реакции, образуют структуры органоидов, транспортируют вещества и еще много чего другого. Такое разнообразие выполняемой работы возможно благодаря особенной структуре: белки состоят из длинных цепочек мономеров — аминокислот, последовательность которых уникальна для каждого белка. Это будет легче понять, если представить, что аминокислоты — это буквы, а белки — слова. «Букв» существует всего 20, в то время как «слов» — сотни тысяч, и каждый год открывают новые.
Однако ученым важно не просто выделить новый белок, который они нашли, но и понять вид и форму молекулы. Это позволит классифицировать белок и предсказать его свойства, а значит, как можно скорее начать использовать в медицине или другой сфере. Чтобы определить форму молекулы, биохимики применяют несколько методов, но они все недешевы и сложны, так что доступной альтернативой стало компьютерное моделирование.
Как считать
Форма молекулы определяется последовательностью аминокислот. Цепочка сама собирается в нужную структуру под действием химических и физических законов. Классическими методами биологии узнать последовательность аминокислот нетрудно. Но мономеров могут быть и сотни, и тысячи. Учесть все взаимодействия между ними человек не может, так что использует компьютер. Программа перебирает все возможные формы, вращает этот кубик Рубика в мире биохимии, пока не получит самый устойчивый результат — предполагаемую форму молекулы в природе.
Одна из подобных систем — Rosetta, которую создали в Университете Вашингтона в 1998 году. Однако вычислительных мощностей не хватало, чтобы обеспечить все исследования, и разработчики выпустили проект Rosetta@home. Обычные пользователи ПК могли установить эту версию и наблюдать, как программа ищет оптимальную структуру белка. Но скоро в университет стали поступать сообщения «с полей»: люди видели решение «головоломки», но не могли сообщить об этом Rosetta. Тогда следующим этапом развития софта стало рождение Foldit.
Как играть
Foldit — не просто программа, а игра, в которой структурой белка управляют пользователи. Разработчики хотели привлечь как можно больше людей к исследованиям, так что интерфейс сделали удобным и понятным, а в процесс добавили дух соревнования. Foldit начисляет очки, если в процессе сборки молекула образует новые водородные связи внутри себя (это означает, что белок становится более стабильным) или если гидрофильные аминокислоты попадают ближе к поверхности белка. У программы есть все присущие играм черты: рейтинг игроков, форум, на котором обсуждают решения, даже фанатское сообщество. Комьюнити насчитывает более 200 тысяч человек, многие из которых не имеют биологического образования.
Время от времени игроки помогают совершать важные открытия, и статьи с их упоминанием выходят в научных журналах, например PLOS Biology или Nature. Если любите пространственные головоломки, подумайте над тем, чтобы стать биохимиком на досуге.
Иллюстратор: Полина Мелинти
Фото: unsplash.com
