Foldit verwandelt Proteinfaltung in ein Puzzlespiel – 57.000 Spieler schlagen die Computer

Der Bildschirmschoner Rosetta@Home der University of Washington nutzte die ungenutzten Computer von Freiwilligen, um Proteine zu falten, doch Spieler schrieben immer wieder, die Software mache offensichtliche Fehler; das Labor wollte menschliches räumliches Denken dort nutzen, wo Computer versagen.

Proteinstrukturvorhersage in ein kompetitives 3-D-Puzzle verwandeln, das jeder spielen kann – menschliche räumliche Intuition, bewertet durch Biochemie, speist echte Forschung.

Im Jahr 2008 veröffentlichten Bakers Labor und die Informatiker Seth Cooper und Zoran Popović Foldit: Spieler drehen und ziehen 3-D-Proteinmodelle mit Spielwerkzeugen, bewertet durch Rosettas Energiefunktion. Im Jahr 2010 zeigte eine Analyse von 57.000 Spielern, dass Menschen den Algorithmus bei 5 von 10 Puzzles schlugen; im Jahr 2011 erstellten Spieler nach einem Jahrzehnt gescheiterter Versuche in zehn Tagen ein genaues Modell der retroviralen Protease M-PMV.

Die Nature-Studie von 2010 ergab, dass 57.000 Spieler Rosetta bei der Hälfte der Vorhersage-Puzzles übertrafen; im Jahr 2011 lieferte das Zehn-Tage-Modell der retroviralen Protease M-PMV von Spielern die Kristallstruktur des Enzyms und gab Forschern neue Angriffspunkte für antiretrovirale Medikamente.

Im Jahr 2008 startete die University of Washington Foldit, ein kostenloses Online-Spiel, das Proteinstrukturvorhersage in ein 3-D-Puzzle verwandelt. Spieler manipulieren spaghettiahnliche Proteinmodelle mit einem an Tetris erinnernden Werkzeugsatz, und jeder Zug wird von Rosetta bewertet, derselben Energiefunktion, die Forscher verwenden, sodass Erfolg im Spiel Erfolg in der Wissenschaft bedeutet.

Die Idee entstand aus Rosetta@Home, einem Bildschirmschoner für verteiltes Rechnen, der die ungenutzten PCs von Freiwilligen zum Falten von Proteinen nutzte. Seine Spieler schrieben immer wieder, sie könnten sehen, dass die Software das Falsche tue, woraufhin sich das Labor des Biochemikers David Baker mit den Informatikern Seth Cooper und Zoran Popović zusammentat, um ein Spiel rund um menschliches räumliches Denken zu entwickeln.

Der Ansatz funktionierte: Eine Nature-Analyse von 2010 über 57.000 Spieler ergab, dass Menschen den Algorithmus bei fünf von zehn Vorhersage-Puzzles schlugen und bei drei weiteren mit ihm gleichzogen. Im Jahr 2011, nachdem Wissenschaftler über ein Jahrzehnt lang daran gescheitert waren, die Struktur der retroviralen Protease M-PMV durch molekularen Ersatz zu lösen, erstellten Foldit-Spieler in zehn Tagen ein genaues Modell, was zur Kristallstruktur des Enzyms und zu neuen Ansätzen für die Entwicklung antiretroviraler Medikamente führte.

Es rahmte ein schwieriges wissenschaftliches Problem als kompetitives Spiel, sodass sich Tausende Ungeschulte damit befassten statt nur ein Experte.

Die Bewertungsfunktion war echte Biochemie, keine Spielfiktion – hohe Punktzahlen bedeuteten bessere Proteinmodelle, sodass das Spielen selbst Forschungsdaten hervorbrachte.

Es nutzte menschliche räumliche Intuition, genau die Fähigkeit, an der Musterabgleichs-Algorithmen scheiterten, wie der direkte Vergleich mit Rosetta im Jahr 2010 zeigte.

Die Proteaselösung von 2011 bewies, dass die Idee professionelle Methoden schlagen konnte: zehn Tage für etwas, woran der molekulare Ersatz ein Jahrzehnt lang gescheitert war.

Machen Sie die Bewertungsfunktion zur Wissenschaft und geben Sie Laien echte Puzzles: Die Mustererkennungsfähigkeiten Tausender ungeschulter Spieler werden zu einem Forschungsinstrument, und die Teilnahme ist der Beitrag.

Foldit blieb online, und seine Spieler halfen laut dem Team der University of Washington anschließend bei Proteinen im Zusammenhang mit Krebs- und Alzheimer-Forschung. Die M-PMV-Struktur von 2011, veröffentlicht in Nature Structural & Molecular Biology, wurde zum kanonischen Beweis dafür, dass Spieler echte strukturbiologische Probleme lösen konnten, und das Spiel bleibt ein Bezugspunkt für Crowdsourcing-Wissenschaft – der Moment, in dem Spielen begutachtete Ergebnisse hervorbrachte.