Nature：通過玩Foldit遊戲首次成功地從頭設計出全新的蛋白

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在一項新的研究中，一組研究人員將他們的專業知識編碼到計算機遊戲Foldit中，從而使得公民科學家（citizen scientist）首次成功地設計出合成蛋白。相關研究結果近期發表在Nature期刊上，論文標題為「De novo protein design by citizen scientists」。

論文通訊作者、美國華盛頓大學醫學院生物化學教授、蛋白設計研究所主任David Baker說道，「宇宙中可能存在的蛋白比原子還多。想到如今任何人都能夠協助探索這片廣闊的可能性空間，我感到很興奮。」

論文第一作者、華盛頓大學蛋白設計研究所博士後研究員Brian Koepnick說道，「這些遊戲玩家提出的分子多樣性令人驚訝。這些新蛋白絕不遜色於擁有博士頭銜的科學家所能製造出的東西。」

Foldit是在2008年設計出來的，旨在讓蛋白研究變得「遊戲化（gamify）」。蛋白是在每個有機體的每個細胞內發現的必需生物分子。它們錯綜複雜的三維結構產生了多種功能，包括消化、傷口癒合和自身免疫等等。

通過遊戲玩法，Foldit遊戲玩家已幫助確定了一種HIV相關蛋白的結構並改善了有用酶的活性。然而，到目前為止，Foldit玩家只能與已存在的蛋白互動。還沒有辦法設計新的蛋白。

論文共同作者、美國東北大學庫利計算機科學學院助理教授Seth Cooper說道，「利用Foldit設計在自然界中不存在的全新蛋白一直是我們長期以來的目標。這一系列新結果表明這是可行的。」

為了將Foldit變成一個蛋白設計平台，這些研究人員將生物化學知識編碼到這個遊戲中。這樣，在Foldit中得分較高的設計分子更有可能在現實世界中按照預期摺疊起來。

論文共同作者、美國馬薩諸塞州立大學達特茅斯分校計算機科學助理教授Firas Khatib說道，「我們沒有給[Foldit遊戲玩家]任何講座或告訴他們閱讀任何內容。相反，我們調整了多年來運行這個遊戲的代碼。」

這些研究人員在實驗室中測試了由Foldit遊戲玩家設計出的146種蛋白，結果發現其中的56蛋白是穩定的。這一發現表明這些遊戲玩家構建出一些真實的蛋白。此外，這些研究人員收集了關於其中四種新蛋白分子的足夠數據，結果表明這些設計蛋白呈現出預期的結構。

Khatib說，「我從未相信它們會那麼好，但是Foldit遊戲玩家從不會讓我們感到驚訝。」

設計新的蛋白有點像試圖用比人類頭髮細一百萬倍的繩子綁住從未見過的結。迄今為止，只有一小部分專家對生物分子的扭曲方式有著深入的了解，並對這項極為複雜的任務感到煩惱。大多數人使用自動化分子設計演算法，大多數設計演算法失敗的次數遠遠多於成功的次數。

Khatib說道，「我們總是試圖讓演算法更好，但人的因素是關鍵。事實上，通過Foldit設計，遊戲玩家甚至發現了Rosetta能量函數---我們最先進的蛋白設計方法---中的缺陷。」

蛋白設計是一門新興的科學學科。在過去的五年中，華盛頓大學蛋白設計研究所的專家和他們的同事們製造出刺激免疫系統對抗癌症的蛋白和其他作為有效候選疫苗的蛋白。今年4月，華盛頓大學蛋白設計研究所通過由TED組織的慈善合作項目The Audacious Project獲得了4500萬美元的資金，用於設計基於蛋白的疫苗、藥物和材料。

遊戲玩家能夠製造出下一個重磅炸彈藥物嗎？

Khatib說道，「Foldit遊戲玩家是研究領域的新成員。他們不是銀彈，但他們是一種神奇的資源。」

任何有興趣幫助解決科學難題的人都可以在fold.it/portal/網站上了解更多信息。

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