openscience

Η ιδέα ότι μεγάλες ομάδες από παίκτες ηλεκτρονικών παιχνιδιών μπορούν να βοηθήσουν στην επίλυση δύσκολων βιολογικών προβλημάτων ενισχύεται από μια δημοσίευση στο περιοδικό PLoS One, η οποία αναφέρει ότι τα δεδομένα που έχει συλλεχθεί από το δικτυακό παιχνίδι Phylo βοηθούν να απαντηθεί ένα από τα σημαντικά ερωτήματα στη συγκριτική γενομική.

Το παιχνίδι δημιουργήθηκε για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της πολλαπλής στοίχισης ακολουθιών ('multiple sequence alignment΄ ή MSA), δηλαδή της δυσκολίας στη στοίχιση παρόμοιων ακολουθιών DNA σε γονίδια που είναι κοινά σε διάφορα είδη. Μια τέτοια ακολουθία θεωρείται ότι παίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του συγκεκριμένου γονιδίου. Αν και οι υπολογιστικοί αλγόριθμοι μπορούν να επιτύχουν χονδροειδείς στοιχίσεις στις ακολουθίες διαφορετικών ειδών, δεν τα έχουν καταφέρει εξίσου καλά στο να πετύχουν την ακριβή απάντηση. Σύμφωνα με τον Adam Siepel, ερευνητή στο Πανεπιστήμιο Cornell στη Νέα Υόρκη, «μπορούμε να πούμε ότι οι στοιχίσεις που πετυχαίνουμε αυτήν τη στιγμή δεν είναι απλά ανεπαρκείς, είναι αρκετά χονδροειδείς γιατί είμαστε αναγκασμένοι να κάνουμε αρκετές ευρετικές προσεγγίσεις».

Σε αυτό το σημείο οι παίκτες κάνουν τη διαφορά. Σύμφωνα με τον Jérôme Waldispühl, ερευνητή υπολογιστικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ, «η κατανόηση του πότε κάτι σπάει ένα γενικό κανόνα είναι πολύ δύσκολη για έναν υπολογιστή, αλλά και κάτι στο οποίο η οπτική ευφυΐα των ανθρώπων είναι πολύ καλή». Ο Waldispühl και οι συνεργάτες του δημιούργησαν το Phylo έχοντας την οπτική ευφυΐα των ανθρώπων κατα νου και το διέθεσαν δικτυακά το Νοέμβριο του 2010. Στόχος του παιχνιδιού είναι να βελτιώσει τη στοίχιση ακολουθιών σε περιοχές που καθορίζουν πότε μεταγράφεται ένα γονίδιο και εφαρμόζεται σε 521 γονίδια από 44 είδη σπονδυλωτών, τα οποία σχετίζονται με ασθένειες. Οι ακολουθίες αναπαραστώνται σαν ομάδες από «τουβλάκια», με το χρώμα του καθενός από αυτά να αντιστοιχεί σε μια από τις τέσσερις βάσεις που απαρτίζουν το DNA. Οι παίκτες προσπαθούν να βρουν το καλύτερο δυνατό ταίριασμα ανάμεσα σε ακολουθίες μέχρι και οκτώ διαφορετικών ειδών κάθε φορά, μετακινώντας τις ακολουθίες προς τα αριστερά ή τα δεξιά κατά ένα «τούβλο» κάθε φορά.

Οι στοιχίσεις από παίκτες που ολοκλήρωσαν το παιχνίδι πριν τελειώσει ο χρόνος έχουν εισαχθεί στη βάση δεδομένων του Phylo. Αν οι στοιχίσεις κάποιου παίκτη ήταν καλύτερες από αυτές που υπολόγισε το MULTIZ, το επιτυχημένο λογισμικό του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Santa Cruz, το σκορ του παίκτη εμφανιζόταν στη λίστα με τις κορυφαίες επιδόσεις. Οι συγγραφείς της δημοσίευσης αναφέρουν ότι μετά από επτά μήνες, το παιχνίδι έπαιζαν 12.252 διαπιστευμένοι χρήστες, και σχεδόν 3.000 από αυτούς ήταν συχνοί παίκτες. Συνολικά, οι παίκτες παρήγαγαν σχεδόν 350.000 λύσεις σε διάφορα προβλήματα πολλαπλής στοίχισης, με καλύτερες επιδόσεις από το MULTIZ σε περίπου 70% των περιπτώσεων που αντιμετώπισαν. Σύμφωνα με τον Waldispühl, οι οπτικές ικανότητες των ανθρώπων, στο πλαίσιο ενός παιχνιδιού, μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικές από έναν υπολογιστικό αλγόριθμο.

Στο παρελθόν έχουν εμφανιστεί διάφορες πλατφόρμες παιχνιδιών για παρόμοι σκοπό όπως το Foldit και το Folding@home, αλλά το Phylo είναι το πρώτο από αυτά τα παιχνίδια που δεν απαιτεί κάποια γνώση βιοχημείας ή γενετικής από τους παίκτες. Ο Saurabh Sinha, επιστήμονας υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Illinois στο Urbana-Champaign, που δουλεύει πάνω σε υπολογιστικές προσεγγίσεις σε προβλήματα μοριακής βιολογίας, τα προβλήματα MSA θα γίνουν ιδιαίτερα πιο δύσκολα στο μέλλον, με το γονιδίωμα 10.000 σπονδυλωτών να ετοιμάζεται για επεξεργασία στα επόμενα 3-5 χρόνια, με δεδομένο το γεγονός ότι οι σύγχρονοι αλγόριθμοι δε μπορούν να εφαρμοστούν με επιτυχία σε μεγαλύτερες κλίμακες, δηλαδή περισσότερα είδη στα οποία πρέπει να ελεγχθεί η ευθυγράμμιση. Άλλωστε, μια από τις δευτερεύουσες χρήσεις του Phylo είναι να πειστούν οι μη ειδικοί για το πόσο δύσκολη είναι αυτή η διαδικασία ευθυγράμμισης.

Στο κοντινό μέλλον, το Phylo θα διατίθεται για tablets και κινητά τηλέφωνα, ενώ οι ερευνητές σχεδιάζουν να δώσουν τη δυνατότητας σε άλλους ερευνητές να υποβάλλουν στο σύστημα τμήματα DNA, RNA ή πρωτεϊνών από διαφορετικά είδη που θα ήθελαν βοήθεια από τους παίκτες στην ευθυγράμμιση.