公民科学家正在帮助设计COVID-19药物

我们大多数人都能做的最好的事情打击COVID-19是呆在家里,抑制呼吸道疾病的传播。但只要你有一台电脑可以更积极投入:通过帮助科学家设计药物对抗病毒现在负责全球成千上万的感染。

霍华德休斯医学研究所研究员大卫•贝克为特定任务创建新的蛋白质定制。现在,他在华盛顿大学的团队寻找蛋白质可能阻止新型冠状病毒从感染人类细胞(称为SARS-CoV-2)——和他们争取公民科学家帮助通过一个叫做Foldit的免费的电脑游戏。

Foldit玩家在世界各地来解决蛋白质难题数字化竞争,设计分子与特定的规格。科学家们正在挑战玩家设计的蛋白质可以抢到新的冠状病毒,阻止其进入细胞。这些蛋白质可能发展成为抗病毒药物,以减轻病人的症状的严重程度。

“我们发现的创造力众包是真的,非常有用,如果你问100个人,他们用100种不同的方式。对我们很有价值的蛋白质设计问题,”布莱恩Koepnick说贝克的实验室里研究科学家帮助Foldit运行。

蛋白质构件称为氨基酸串在一起,形成长链。这些连锁店褶皱更紧凑的完成——一种蛋白质的三维结构的形状。研究人员可以预测链可能一蹶不振,或工作向后找出氨基酸组合创建一个特定的蛋白质结构。

贝克小组有一个好主意后他们什么样的蛋白质。与其他冠状病毒,导致COVID-19的病毒可以感染细胞通过其“峰值蛋白质。”This protein latches onto certain human cells, letting the virus pass through the external membrane to multiply inside. A protein that grabs the coronavirus's spike protein might be able to run interference, Baker says, preventing the virus from binding to cells.

发现这种蛋白是一项艰巨的任务,他说。“只是这样庞大数量的可能性。”Cells build proteins from a toolkit of twenty standard amino acids. Any one protein can have hundreds of amino acids linked together, yielding billions of configurations.

贝克的实验室使用定制的计算机算法来加快蛋白质设计过程。给定一个目标形状,他们的程序发回氨基酸组合,当折叠时,可能会产生类似。算法还可以计算假设蛋白质的稳定性,这可能反映出他们在现实生活中他们提出的形状。Foldit这个游戏作品和这个电脑程序,但让人掌握。玩家可以从头开始构建一个蛋白质和调整它,试图满足设计标准而争夺稳定得分最高。

“我们寻找人类和计算机可以一起工作来解决这个问题,而不是依靠的力量只是一个或另一个,“Koepnick说。人类有独创性和电脑缺乏设计感。他和他的同事们提出了近2000种不同的蛋白质设计游戏成千上万的Foldit玩家自2008年以来,当游戏是由贝克的实验室。

“我们发现Foldit玩家可以显著的设计,褶皱正如预测的那样,”贝克说。“我们非常兴奋地看到COVID-19 Foldit玩家想出什么。”

每个蛋白质难题通常是大约一个星期。Foldit团队发布了几轮的冠状病毒游戏在过去一个月,更新球员指导新病毒的信息。

几个设计看起来有前途,贝克说。但并不是每一个蛋白质,在电脑屏幕上看起来好其实在现实生活中。团队更多的计算运行测试,他们计划在实验室里研究特殊解决方案。(尽管华盛顿大学的实验室大多关闭,COVID-19活跃时,研究人员的预防措施到位。)

他的团队已经成功使用一个类似的策略设计流感病毒抑制剂。“一般来说,冠状病毒变异小于流感病毒,”贝克说。“所以让他们有点容易成为攻击的目标。”Still, he cautions, his lab's contribution is just the first step in a long journey toward a drug. They'll send proteins that pass their screening test to other colleagues, who will test them on cells grown in culture dishes, and perhaps eventually in lab animals and humans.

潜在的玩家可能需要一些练习之前解决开放式设计挑战像冠状病毒的拼图。但最终,Foldit玩家不需要生物学专家玩游戏和设计潜在药物,贝克说。像大多数游戏一样,只需要持久性和一点点的聪明才智。

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