EteRNA
Videojuego basado en navegador de 2010
Eterno
Desarrollador(es)Universidad de Stanford
Universidad Carnegie Mellon
Lanzamiento inicial2010
Disponible enInglés
TipoJuego con un propósito , Puzzle
Sitio webeternagame.org

Eterna es un "juego con un propósito" basado en navegador , desarrollado por científicos de la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de Stanford , que involucra a los usuarios para resolver acertijos relacionados con el plegamiento de las moléculas de ARN . [1] El proyecto cuenta con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates , la Universidad de Stanford y los Institutos Nacionales de Salud . [2] Los financiadores anteriores incluyen la Fundación Nacional de Ciencias . [3]

De manera similar a Foldit (creado por algunos de los mismos investigadores que desarrollaron Eterna), los rompecabezas aprovechan las capacidades de resolución de problemas humanos para resolver rompecabezas que son computacionalmente laboriosos para los modelos informáticos actuales. Los investigadores esperan sacar provecho del " crowdsourcing " [4] y la inteligencia colectiva [1] de los jugadores de Eterna para responder preguntas fundamentales sobre la mecánica del plegamiento del ARN. Los diseños más votados se sintetizan en un laboratorio de bioquímica de Stanford para evaluar los patrones de plegamiento de las moléculas de ARN y compararlos directamente con las predicciones de la computadora, mejorando en última instancia los modelos informáticos . [3] [5]

En última instancia, los investigadores de Eterna esperan determinar un "conjunto completo y repetible de reglas" que permitan la síntesis de ARN que se plieguen de manera consistente en las formas esperadas. [6] Los líderes del proyecto Eterna esperan que la determinación de estos principios básicos pueda facilitar el diseño de nanomáquinas e interruptores basados ​​en ARN . [7] Los creadores de Eterna se han sorprendido gratamente con las soluciones de los jugadores de Eterna, en particular las de los no investigadores cuya "creatividad no está limitada por lo que creen que debería parecer una respuesta correcta". [8]

A partir de 2016, Eterna tiene alrededor de 250.000 jugadores registrados. [9]

Jugabilidad

A los jugadores se les presenta una forma objetivo dada en la que debe plegarse una cadena de ARN. El jugador puede cambiar la secuencia colocando cualquiera de los cuatro nucleótidos del ARN ( adenina , citosina , guanosina y uracilo ) en varias posiciones; esto puede alterar la energía libre del sistema y afectar dramáticamente la dinámica de plegamiento de la cadena de ARN. En Eterna, a veces se imponen diferentes restricciones, como las del número de ciertas bases y el número de los tres tipos de pares de bases , así como las bases bloqueadas. Ocasionalmente también se incluye una molécula , que se une al ARN y tiene efectos críticos en la energía libre del sistema. En algunos rompecabezas más avanzados, a los jugadores se les pueden presentar dos o tres formas objetivo diferentes al mismo tiempo; la secuencia única que produce el jugador debe plegarse en las formas respectivas bajo diferentes condiciones (presencia o ausencia de una molécula de unión).

Los rompecabezas de Eterna se clasifican aproximadamente en tres tipos: desafíos, rompecabezas de jugadores y laboratorio en la nube. Los desafíos son los rompecabezas preparados por los creadores del juego para presentar a los jugadores el funcionamiento de Eterna, así como para proporcionar una serie de rompecabezas preestablecidos para que los jugadores los intenten. Los rompecabezas de jugadores son generados por los jugadores, y el laboratorio en la nube es donde se presentan los proyectos de laboratorio activos, propuestos y archivados para que los jugadores los revisen, voten o intenten.

Los nuevos jugadores son guiados a través de una progresión inicial de rompecabezas que presenta los conceptos básicos de la estructura y el plegamiento del ARN. A medida que los jugadores avanzan en rompecabezas de complejidad creciente, se describen los diferentes elementos de la interfaz del juego. Después de completar los 30 rompecabezas y ganar las cinco insignias Eterna Essentials, los jugadores obtienen acceso al Cloud Lab, donde pueden participar en investigaciones de laboratorio. Una vez que los jugadores han completado una cantidad suficiente de rompecabezas de ARN, desbloquean la oportunidad de generar rompecabezas para otros jugadores.

Desafíos biomédicos

En 2016, Eterna lanzó su primer desafío biomédico llamado OpenTB , una iniciativa para desarrollar un nuevo dispositivo de diagnóstico para la tuberculosis. El proyecto utiliza una "firma" de expresión genética descubierta por investigadores de Stanford utilizando datos públicos y tiene como objetivo crear un kit de diagnóstico en papel de código abierto que se pueda implementar fácilmente en clínicas de todo el mundo. El desarrollo del kit de código abierto es una colaboración con el Little Devices Lab del MIT. Los jugadores diseñaron con éxito ARN para detectar la firma genética en la segunda ronda del desafío y, a partir de febrero de 2018, las pruebas continúan con muestras de pacientes reales. [10]

Tras el éxito de OpenTB, Eterna lanzó OpenCRISPR en agosto de 2017, que desafía a los jugadores a diseñar ARN guía únicos (sgRNA) utilizados en la edición genética CRISPR. El objetivo del proyecto es crear una nueva clase de sgRNA que puedan ser modulados por otra molécula pequeña (como la teofilina), lo que permite activar o desactivar la edición genética en el cuerpo según sea necesario. Al concluir la primera ronda en noviembre de 2017, los jugadores habían enviado más de 90 000 diseños de ARN para síntesis, el conjunto de envíos más grande hasta la fecha. [11]

En respuesta a la epidemia de SARS-CoV-2, Eterna se unió a la colaboración OpenVaccine para desarrollar métodos para estabilizar moléculas de ARNm que pudieran almacenarse y enviarse sin necesidad de congelación profunda. Los jugadores presentaron 6000 diseños para investigar la estabilidad de pequeñas moléculas de ARN a nivel de nucleótidos y utilizaron los resultados para diseñar nanoluciferasas estructuradas que se probaron para la degradación in vitro y la expresión de proteínas in vivo. La investigación de OpenVaccine dio como resultado nuevos métodos y principios para diseñar terapias de ARNm estabilizadas, incluidas vacunas con una vida útil potencialmente tres veces mayor que la actual. [12] [13]

Biología sintética

En 2019, Eterna lanzó el proyecto de ingeniería de ribosomas OpenRibosome en colaboración con el Laboratorio Jewett de la Universidad Northwestern para mejorar el plegamiento de ribosomas de Escherichia coli modificados en la plataforma de construcción de ribosomas sin células iSAT. La producción de proteínas de veinte secuencias 16S y veinte 23S diseñadas por los jugadores se está evaluando en una serie de cuatro iteraciones basadas en retroalimentación. Los ribosomas se están rediseñando como máquinas moleculares capaces de sintetizar polímeros únicos. [14]

Logros

  • En agosto de 2011, aproximadamente 26.000 jugadores habían contribuido con diseños de secuencias de ARN y se habían sintetizado más de 306 diseños para pruebas in vitro . [15]
  • En enero de 2014, los resultados de Eterna se publicaron en la revista PNAS , y los "participantes de Eterna" figuran como coautores del artículo. [16] [17]
  • Los jugadores de Eterna superaron a los algoritmos impulsados ​​por supercomputadoras al resolver los 100 desafíos de diseño de la estructura secundaria del ARN, mientras que la mejor puntuación de los seis algoritmos utilizados es 54. Al manipular las secuencias químicas del ARN, los jugadores crearon formas estables de las formas deseadas. Las estrategias diseñadas por los jugadores identificaron características estructurales específicas que dificultan el plegamiento inverso del ARN. Los investigadores de Eterna esperan que al integrar sus estrategias en algoritmos, se pueda lograr una mejora en el diseño automatizado de la estructura secundaria del ARN. Los resultados de los desafíos se publicaron en el Journal of Molecular Biology en febrero de 2016. [9] [18] Este fue el primer artículo basado en contribuciones de escritura dominantes (y autoría co-líder) por parte de científicos ciudadanos no expertos reclutados a través de un videojuego.
  • Los científicos ciudadanos de Eterna descubrieron una discrepancia en el sondeo químico SHAPE y DMS al leer cadenas de adenosina 7+, y posteriormente publicaron sus hallazgos en Biochemistry . [19] Es el primer artículo escrito exclusivamente por científicos ciudadanos que se publica en una revista revisada por pares.

Véase también

Referencias

  1. ^ ab "Un juego de ARN permite a los jugadores ayudar a encontrar un premio biológico", John Markoff, The New York Times , 10 de enero de 2011
  2. ^ "Eterna - Invent Medicine". eternagame.org . Consultado el 7 de febrero de 2018 .
  3. ^ ab "Reiniciando la divulgación científica" Archivado el 18 de julio de 2018 en Wayback Machine , Alan Chen, Sociedad Estadounidense de Bioquímica y Biología Molecular , junio de 2011
  4. ^ "La investigación sobre el ARN de Eterna se pone en marcha", Erin Allday, San Francisco Chronicle , 17 de enero de 2011
  5. ^ "Juega un juego y diseña ARN real", John Roach, MSNBC , 11 de enero de 2011
  6. ^ "Treuille On Eterna - Un juego jugado por humanos, puntuado por la naturaleza" Archivado el 4 de octubre de 2012 en Wayback Machine : Entrevista con Adrien Treuille, Byron Spice, Faculty & Staff News, Carnegie Mellon University , 22 de enero de 2011
  7. ^ Acerca de Eterna
  8. ^ "¿Aceptarán los NIH premios a la investigación biomédica?" Archivado el 26 de julio de 2011 en Wayback Machine , Michael Price, ScienceInsider , Science 19 de julio de 2011
  9. ^ ab Taylor, Nick (18 de febrero de 2016). "Los jugadores superan a los algoritmos en el desafío de diseño de la estructura del ARN". fiercebiotechit.com . Consultado el 23 de febrero de 2016 .[ enlace muerto permanente ]
  10. ^ "Desafío de laboratorio OpenTB".
  11. ^ "Desafío de laboratorio OpenCRISPR".
  12. ^ "Los jugadores en línea podrían ayudar a vacunar a miles de millones". BloombergQuint . 15 de octubre de 2020 . Consultado el 13 de noviembre de 2020 .
  13. ^ Wayment-Steele, Hannah K; Kim, Do Soon; Choe, Christian A; Nicol, John J; Wellington-Oguri, Roger; Watkins, Andrew M; Parra Sperberg, R Andres; Huang, Po-Ssu; Participants, Eterna; Das, Rhiju (14 de septiembre de 2021). "Base teórica para estabilizar el ARN mensajero a través del diseño de la estructura secundaria". Investigación en ácidos nucleicos . 49 (18): 10604–10617. doi :10.1093/nar/gkab764. ISSN  0305-1048. PMC 8499941 . PMID  34520542. 
  14. ^ "Desafío de laboratorio OpenRibosome".
  15. ^ "El público, jugando a construir moléculas, supera a los científicos", Rachel Wiseman, blog Wired Campus, The Chronicle of Higher Education , 12 de agosto de 2011
  16. ^ Equipo Eterna. «Resultados de Eterna publicados en PNAS» . Consultado el 19 de julio de 2014 .
  17. ^ Lee, Jeehyung; Kladwang, Wipapat; Lee, Minjae; Cantu, Daniel; Azizyan, Martin; Kim, Hanjoo; Limpaecher, Alex; Yoon, Sungroh; Treuille, Adrien; Das, Rhiju; Participantes de Eterna (17 de enero de 2014). "Reglas de diseño de ARN desde un laboratorio abierto masivo". PNAS . 111 (6): 2122–2127. Bibcode :2014PNAS..111.2122L. doi : 10.1073/pnas.1313039111 . PMC 3926058 . PMID  24469816. 
  18. ^ Anderson-Lee, J.; Fisker, E.; et al. (17 de febrero de 2016). "Principios para predecir la dificultad del diseño de la estructura secundaria del ARN". Journal of Molecular Biology . 428 (5). Elsevier: 748–757. doi :10.1016/j.jmb.2015.11.013. PMC 4833017 . PMID  26902426. 
  19. ^ Wellington-Oguri, Roger; Fisker, Eli; Zada, Mathew; Wiley, Michelle; Townley, Jill; Players, Eterna (9 de junio de 2020). "Evidencia de una firma inusual de ARN poli(A) detectada mediante mapeo químico de alto rendimiento". Bioquímica . 59 (22): 2041–2046. doi :10.1021/acs.biochem.0c00215. ISSN  0006-2960. PMID  32412236. S2CID  218649394.
  • Sitio web oficial
  • Wiki Eterna
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