Foldit: un juego online multijugador ayuda a resolver la estructura tridimensional de proteínas

Por Francisco R. Villatoro, el 5 agosto, 2010. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • General • Informática • Noticias • Science ✎ 1

Comparación entre las predicciones de los jugadores (verde) a partir de una aproximación obtenida por Rosetta (rojo) y la estructura verdadera (azul). Sorprende la calidad de la reconstrucción «ciega» por parte de los jugadores. (C) Nature

Muchos problemas son tan difíciles que programar un ordenador para que los resuelva de forma eficiente es casi imposible. Una persona es capaz de resolver problemas muy complejos sin que se sepa realmente como los resuelve. Se podría utilizar dicha capacidad de «computacíon humana» para resolver problemas si se lograra incentivar a la gente para que se enfrentara a problemas científicos difíciles. ¿Cómo lograrlo? Mediante juegos de ordenador adictivos cuya solución sea la solución del problema científico considerado. ¿Quién es capaz de diseñar un juego así? No parece fácil, pero Seth Cooper y sus colegas han diseñado un juego multijugador por internet para la predicción interactiva de la estructura tridimensional de proteínas llamado Foldit, cuyo núcleo está basado en el famoso programa de predicción automática del plegamiento de proteínas llamado Rosetta. Los jugadores compiten entre ellos y colaboran para optimizar la energía de plegamiento de la proteína conforme la visualizan en 3D. Lo sorprendente es que sus soluciones son muy buenas. Tan buenas que esta aproximación al problema del plegamiento de proteínas ha merecido ser publicada en la mismísima Nature: Seth Cooper et al., «Predicting protein structures with a multiplayer online game,» Nature 466: 756–760, 05 August 2010. Merece la pena ojear la información suplementaria que presenta gran número de ejemplos que ilustran la gran calidad de los resultados obtenidos con este enfoque de optimización híbrida humano-máquina para la resolución del problema del plegamiento de proteínas.

Se sabe desde hace más de 40 años que las estructuras tridimensionales de las proteínas están determinadas por sus secuencias de aminoácidos. Sin embargo, predecir dicha estructura siendo un problema aún no resuelto (salvo para proteínas pequeñas). Un programa profesional tan usado como Rosetta está limitado por la necesidad de muestrear el espacio de conformaciones posibles en la búsqueda de la conformación con menor energía libre. Este espacio de búsqueda puede ser enorme ya que incluso las proteínas pequeñas tienen miles de grados de libertad. Rosetta utiliza una combinación de algoritmos estocásticos y deterministas basados en la reconstrucción parcial de fragmentos y su recolocación espacial. La hipótesis de Cooper et al. es que el razonamiento espacial humano podría mejorar tanto la toma de muestras del espacio conformacional como la determinación de la configuración óptima si algunos pasos estocásticos durante la búsqueda son sustituidos por decisiones tomadas por humanos. Foldit es un juego online multijugador que combina la «inteligencia» del software Rosetta con la inteligencia humana para predecir las conformaciones óptimas de proteínas. El interfaz del software se presenta en la figura de abajo. Los jugadores se enfrentan a un rompecabezas. Los jugadores de forma interactiva tratan de buscar configuraciones mejores que las que va obteniendo Rosetta y reciben una puntuación de acuerdo con lo que han logrado reducir la energía respecto a los resultados de Rosetta. El juego es accesible a jugadores sin formación científica (por lo que los términos técnicos se han sustituido por términos de uso común). Además, el software de visualización elimina ciertos elementos proteicos que dificultan la solución de problema y resalta las áreas donde Rosetta tiene más dificultades para reducir la energía conformacional (ya que allí es donde se espera que la inteligencia humana avance más allá del software). Lo realmente sorprendente es que el concepto funciona y que la creatividad humana logra obtener resultados más próximos a las estructuras reales de las proteínas que las que obtiene Rosetta por sí mismo. Un enfoque de optimización híbrida humano-máquina logra resultados realmente sorprendentes. Aún así, Foldit todavía ha de ser mejorado, sobre todo en lo referente a la jugabilidad (los «juegos» duran varios días) y en cuanto a la escala, ya que por ahora se limita a proteínas relativamente pequeñas.



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