Foldit transforme le repliement des protéines en jeu de puzzle — 57 000 joueurs battent les ordinateurs

L'économiseur d'écran Rosetta@Home de l'Université de Washington utilisait les ordinateurs inactifs de volontaires pour replier des protéines, mais des joueurs écrivaient sans cesse que le logiciel commettait des erreurs évidentes ; le laboratoire voulait exploiter le raisonnement spatial humain là où les ordinateurs échouent.

Transformer la prédiction de structure des protéines en un puzzle compétitif en 3D auquel chacun peut jouer — l'intuition spatiale humaine, notée par la biochimie, alimente la recherche réelle.

En 2008, le laboratoire de Baker et les informaticiens Seth Cooper et Zoran Popović ont publié Foldit : les joueurs tordent et tirent des modèles de protéines en 3D avec des outils de jeu, le score étant calculé par la fonction d'énergie de Rosetta. En 2010, une analyse de 57 000 joueurs a montré que les humains battaient l'algorithme sur 5 puzzles sur 10 ; en 2011, les joueurs ont produit un modèle précis de la protéase rétrovirale M-PMV en dix jours, après une décennie de tentatives infructueuses.

L'étude publiée dans Nature en 2010 a constaté que 57 000 joueurs surpassaient Rosetta sur la moitié des puzzles de prédiction ; en 2011, le modèle en dix jours de la protéase rétrovirale M-PMV produit par les joueurs a conduit à la structure cristalline de l'enzyme, offrant aux chercheurs de nouvelles cibles pour les médicaments antirétroviraux.

En 2008, l'Université de Washington a lancé Foldit, un jeu en ligne gratuit qui transforme la prédiction de structure des protéines en puzzle en 3D. Les joueurs manipulent des modèles de protéines semblables à des spaghettis avec une panoplie d'outils inspirée de Tetris, et chaque mouvement est noté par Rosetta, la même fonction d'énergie que celle utilisée par les chercheurs, si bien que réussir dans le jeu équivaut à réussir en science.

L'idée est née de Rosetta@Home, un économiseur d'écran de calcul distribué qui utilisait les PC inactifs de volontaires pour replier des protéines. Ses joueurs écrivaient sans cesse qu'ils voyaient le logiciel faire fausse route ; le laboratoire du biochimiste David Baker s'est donc associé aux informaticiens Seth Cooper et Zoran Popović pour bâtir un jeu autour du raisonnement spatial humain.

L'approche a fonctionné : une analyse publiée dans Nature en 2010 portant sur 57 000 joueurs a constaté que les humains battaient l'algorithme sur cinq puzzles de prédiction sur dix et l'égalaient sur trois autres. En 2011, après que les scientifiques eurent échoué pendant plus d'une décennie à résoudre la structure de la protéase rétrovirale M-PMV par remplacement moléculaire, les joueurs de Foldit ont produit un modèle précis en dix jours, menant à la structure cristalline de l'enzyme et à de nouvelles pistes pour la conception de médicaments antirétroviraux.

Le jeu a reformulé un problème scientifique difficile en jeu compétitif, si bien que des milliers de personnes non formées s'y sont investies au lieu d'un seul expert.

La fonction de notation relevait de la vraie biochimie, non d'une fiction de jeu — les scores élevés correspondaient à de meilleurs modèles de protéines, si bien que le jeu lui-même produisait des données de recherche.

Il exploitait l'intuition spatiale humaine, précisément la compétence qui manquait aux algorithmes de reconnaissance de formes, comme l'a montré la confrontation directe avec Rosetta en 2010.

La résolution de la protéase en 2011 a prouvé que l'idée pouvait surpasser les méthodes professionnelles : dix jours pour ce que le remplacement moléculaire n'avait pas réussi à faire en une décennie.

Faire de la fonction de notation la science elle-même et donner aux amateurs de vrais puzzles : les compétences de reconnaissance de formes de milliers de joueurs non formés deviennent un instrument de recherche, et la participation est la contribution.

Foldit est resté en ligne, et ses joueurs ont ensuite contribué à des travaux sur des protéines liées à la recherche sur le cancer et la maladie d'Alzheimer, selon l'équipe de l'Université de Washington. La structure de la M-PMV de 2011, publiée dans Nature Structural & Molecular Biology, est devenue la preuve canonique que des joueurs pouvaient résoudre de vrais problèmes de biologie structurale, et le jeu reste une référence pour la science participative — le moment où le jeu a produit des résultats évalués par les pairs.