Jugando a plegar proteínas con fold.it

Jugando a plegar proteínas con fold.it

Viernes 19 Jun 2009

Entretenerte mientras ayudas a la comunidad científica a curar enfermedades suena bonito, ¿no?
Fold.it es un juego competitivo sobre plegamiento de proteínas. Usando una sencilla interfaz, el usuario puede manipular la estructura 3D de una proteína, intentando compactarla y organizarla lo mejor posible. Un buen plegamiento obtiene un buen puntaje, el que se envía a un ranking on-line de jugadores.

Fold.it intenta aprovechar la gigantesca energía lúdica de los usuarios de todo el mundo, para obtener resultados que son difíciles de obtener por las máquinas actuales.

¿Por qué plegamiento de proteínas?

Las proteínas son las moléculas ejecutoras dentro de todos los organismos vivos. Ellas construyen nuevas células, destruyen invasores, fuerzan reacciones químicas que no se dan espontáneamente en la naturaleza, transportan moléculas de un lado a otro, funcionan como señales dentro y fuera de las células, entre otras muchas e interesantes funciones. El ADN, nuestro material genético, es principalmente un gran manual sobre cómo y cuándo construir proteínas.

Como las proteínas están relacionadas con todo el funcionamiento en organismos vivos, estudiarlas nos permite entender un poco más sobre cómo funciona la vida. En particular al estudiar proteínas humanas, entendemos el funcionamiento del cuerpo y las enfermedades que aparecen provocadas por proteínas mal formadas.

Al crearse una nueva proteína, ésta se pliega en función de los aminoácidos que la componen. La forma final en 3D le da características físico-químicas particulares, por lo que parte importante del proceso de entender las proteínas viene de descubrir su estructura tridimensional. La forma que asume y los aminoácidos que quedan expuestos hablan mucho sobre la posible función de esta molécula.

Uno de los grandes problemas de bioinformática actual es cómo predecir la estructura tridimensional de una proteína, dada la secuencia de aminoácidos que la componen. El número de variables es tan alto, que es prohibitivamente costoso, en tiempo de procesamiento, analizar todas las alternativas posibles en búsqueda del estado más “estable”. En estos precisos momentos hay millones de máquinas en universidades de todo el mundo, buscando incesantemente las mejores estimaciones de la forma de ciertas proteínas que pueden ser importantes, por ejemplo, para la salud humana.

Diversos equipos de investigadores han recorrido ingeniosos caminos en búsqueda de una mejor solución. Uno de ellos es folding@home, que permite utilizar el tiempo ocioso de computadores de todo el mundo, para ayudar con el cálculo de plegamiento de proteínas. El cliente, con el que puedes ayudar a este proyecto, se encuentra disponible para Windows, Mac, Linux e incluso PS3.

Fold.It

Otro de los proyectos interesantes, y motivo de este artículo, es fold.it, cuya idea central es convertir el plegamiento de proteínas en un juego, con la esperanza de que muchos usuarios dediquen su tiempo libre a “jugar a plegar proteínas”, compitiendo en un ranking mundial para ver quién es el mejor haciéndolo.

La idea fundamental es que los humanos somos buenos encontrando soluciones intuitivamente. Un humano podría manipular la estructura 3D hasta encontrar un punto que le parezca bueno y desde ahí el programa puede buscar un óptimo local. La esperanza es que esto sea mucho, mucho mejor que tener que procesar trillones de configuraciones distintas.

Cada vez que alguien mejora la predicción de la estructura de una proteína, es más factible predecir la posible función o, por ejemplo, los efectos que produce el cambio de un aminoácido en la estructura final. Este cambio puede ser originado por una mutación en el ADN y asociado a una enfermedad. Por lo tanto, es verdad, aunque indirecto, decir que jugar fold.it ayuda a combatir enfermedades. Nadie va a ganar un Premio Nobel por encontrar una buena solución (como dicen algunos), pero de que es probable que sea una ayuda, es probable.

Aparte de lo entretenido que puede ser plegar proteínas por el bien de la humanidad (porque los resultados del folding quedan en el dominio público), el proyecto contempla un ambiente competitivo con rankings mundiales para ver quién puede encontrar el mejor plegamiento para una proteína dada. El estar en primer lugar en un ranking es en sí motivante para mucha gente, con lo que los creadores se aseguran mantener una participación activa de los jugadores.

La gran mayoría de los proyectos que intentan utilizar juegos como medio (por ejemplo, en educación) terminan fracasando, debido principalmente a la dificultad de lograr que un juego sea entretenido y que la interfaz sea adecuada. En el caso de fold.it, verdaderos game designers fueron invitados a participar en el proyecto, lo que es evidente al usar el software.

Fold.it se encuentra en etapa de verificación. Muchos jugadores están tratando de encontrar configuraciones cuyos óptimos ya se conocen, por lo que es posible evaluar qué tan eficaz es el método. Hasta ahora, los jugadores todavía no alcanzan, en la mayoría de los casos, las mejores configuraciones, pero esto puede estar relacionado a las limitaciones del cliente más que a la imaginación de los jugadores.

Personalmente, probé y jugué unas horas en el cliente para mac, pasé las etapas del excelente tutorial y procedí a ejercitar mis nuevas habilidades en las etapas de competición, quedando muy, muy abajo en el ranking (pero con ganas de subir!). El cliente está bien hecho, con colores y sonidos agradables. La manipulación de la proteína es bastante intuitiva y el tutorial hace un excelente trabajo en explicar la interfaz. Lo que puede que no quede claro al principio es por qué se obtienen puntos, para lo que es bueno mirar la FAQ.


El Santo Grial

Fold.it no es el primero en la búsqueda del Santo Grial de utilizar el poder del procesamiento humano para buenas causas, como por ejemplo lo hacen reCaptcha o el Google Image Labeler.

Utilizar videojuegos para producir trabajo es algo que, si bien es algo de lo que mucha gente habla, pocos han podido producir algo que realmente funcione. Porque, ¿a quién no le gustaría poder acceder a esa gigantesca fuente de energía que es el ludo humano?

Huizinga, en su fundamental “Homo Ludens” (probablemente el tratado más importante del rol del juego en la cultura humana), deja claro que el juego es, por definición, no-trabajo. El juego corre paralelo a la realidad, en tiempo y espacio. Por lo tanto, transformar el flow en trabajo requerirá de grandes astucias, equivalentes a las usadas para revertir la entropia en un motor térmico. ¿Estará entre nuestros lectores aquél del Eureka lúdico?

Mientras tanto, podemos colaborar jugando fold.it. Los invito a probar sus habilidades conjurando proteínas y a competir en los rankings. Toda ayuda sirve.

Además, entretenerte mientras ayudas suena bonito, ¿no?

Foto de Nico Nicolás Loira @okote Ingeniero Civil en Computación y Doctor en Ciencias de la Computación (Université Bordeaux 1, Francia). Investigador en bioinformática. http://www.researchgate.net/profile/Nicolas_Loira/