Folditはタンパク質折り畳みをパズルゲームに変えた — 57,000人のプレイヤーがコンピューターを打ち負かした

ワシントン大学のRosetta@Homeスクリーンセーバーは、ボランティアのアイドル状態のコンピューターを使ってタンパク質を折り畳んでいたが、プレイヤーたちはソフトウェアが明らかな間違いを犯しているとメールを送り続けた。研究室は、コンピューターが苦手とする人間の空間推論を活用したいと考えた。

タンパク質構造予測を、誰でも遊べる競争的な3Dパズルに変える — 人間の空間的直感を、生化学によって採点し、実際の研究に役立てる。

2008年、ベイカー研究室とコンピューター科学者のセス・クーパーおよびゾラン・ポポヴィッチはFolditをリリースした。プレイヤーはゲームツールで3Dタンパク質モデルをねじり引っ張り、Rosettaのエネルギー関数で採点される。2010年、57,000人のプレイヤーの分析により、人間は10個のパズルのうち5個でアルゴリズムを打ち負かしたことが示された。2011年、プレイヤーは10年間の失敗の後、10日でM-PMVレトロウイルスプロテアーゼの正確なモデルを作り出した。

2010年のNature誌の研究では、57,000人のプレイヤーが予測パズルの半数でRosettaを上回ったことが判明した。2011年、プレイヤーが10日で作ったM-PMVレトロウイルスプロテアーゼのモデルは、この酵素の結晶構造を明らかにし、研究者に抗レトロウイルス薬の新たな標的を与えた。

2008年、ワシントン大学はFolditを立ち上げた。タンパク質構造予測を3Dパズルに変える無料のオンラインゲームである。プレイヤーはテトリス風のツールセットでスパゲッティのようなタンパク質モデルを操作し、すべての動きは研究者が使うのと同じエネルギー関数であるRosettaによって採点されるため、ゲームでの成功は科学での成功に等しい。

このアイデアは、ボランティアのアイドル状態のPCを使ってタンパク質を折り畳む分散コンピューティングのスクリーンセーバー、Rosetta@Homeから生まれた。そのプレイヤーたちは、ソフトウェアが間違ったことをしているのがわかると書き込み続けたため、生化学者デイビッド・ベイカーの研究室はコンピューター科学者のセス・クーパーおよびゾラン・ポポヴィッチと協力して、人間の空間推論を中心としたゲームを構築した。

このアプローチは功を奏した。2010年のNature誌による57,000人のプレイヤーの分析では、人間は10個の予測パズルのうち5個でアルゴリズムを打ち負かし、さらに3個で同等の成績を収めた。2011年、科学者たちが分子置換法によってM-PMVレトロウイルスプロテアーゼの構造を解くことに10年以上失敗した後、Folditのプレイヤーは10日で正確なモデルを作り出し、この酵素の結晶構造と抗レトロウイルス薬設計の新たな手がかりにつながった。

難しい科学の問題を競争的なゲームとして再構成したため、1人の専門家ではなく何千人もの未訓練の人々が取り組んだ。

採点関数はゲームの虚構ではなく実際の生化学だった — 高得点はより良いタンパク質モデルを意味し、プレイ自体が研究データを生み出した。

2010年のRosettaとの直接対決が示したように、パターンマッチングアルゴリズムが欠いていたまさにそのスキルである人間の空間的直感を活用した。

2011年のプロテアーゼの解決は、このアイデアが専門的な手法を打ち負かすことを証明した。分子置換法が10年間できなかったことを10日で成し遂げたのである。

採点関数を科学そのものにし、素人に本物のパズルを与える。何千人もの未訓練のプレイヤーのパターン認識スキルが研究の道具となり、参加することが貢献となる。

Folditはオンラインで存続し、ワシントン大学のチームによれば、プレイヤーたちはその後、がんやアルツハイマー研究に関連するタンパク質の支援に携わった。2011年のM-PMV構造はNature Structural & Molecular Biology誌に掲載され、ゲームのプレイヤーが実際の構造生物学の問題を解けることの決定的な証拠となり、このゲームはクラウドソーシング科学の試金石であり続けている — 遊びが査読済みの成果を生み出した瞬間である。