Fragen, Fragen, Fragen — Spiele, Spiele, Spiele

Proteinfaltung findet ihr eher langweilig? Nun, Foldit ist bei weitem nicht das einzige Spiel auf dem Markt, mit dem ihr euren eigenen Beitrag zur Wissenschaft leisten könnt. Hier noch zwei weitere Spiele aus dem Bereich der Bioinformatik:

Phylo

Sequenz AlignmentPhylo beschäftigt sich mit einer der ersten Felder der Bioinformatik: der Rekonstruktion phylogenetischer Bäume — also evolutionärer Stammbäume. Dafür vergleicht man zum Beispiel DNA Sequenzen und errechnet deren Abstände zu einander: wie viele Änderungen muss ich in der Sequenz des Affen vornehmen, um die Sequenz des Menschen zu erhalten? Je größer die Anzahl der Änderungen, desto weiter sind die Lebewesen voneinander entfernt. Zwei Sequenzen zu vergleichen ist algorithmisch einfach. Zwei Lebewesen ergeben jedoch keinen besonders spannenden Stammbaum. Sehr viele Sequenzen zu vergleichen braucht wiederum viel Rechenzeit. Bei Phylo könnt ihr diese Aufgabe in eure Hände nehmen, dabei eure Mustererkennungsfähigkeiten unter Beweis stellen und helfen, genetische Krankheiten besser zu verstehen.

EteRNA

RNA Struktur (By Sakurambo, CC BY 2.5, Wikimedia Commons)

RNA Struktur (By Sakurambo, CC BY 2.5, Wikimedia Commons)

Auch bei EteRNA geht es um Faltung. Diesmal jedoch um die Faltung der RNA. Auch RNA ist in ihrer Grundstruktur eine Kette (aus Nukleotiden, nicht aus Aminosäuren). Die Nukleotide können über die Kettenstruktur hinaus untereinander Bindungen eingehen, wodurch sich eine Sekundärstruktur bildet. Diese zweidimensionalen Strukturen ermöglichen der RNA viele regulierende Funktionen. In diesem Spiel geht es darum, gezielt die Nukleotide in der RNA-Kette zu ändern, um stabilere Strukturen zu erzeugen. Die RNA-Ketten der besten Strukturen werden dann im Labor synthetisch hergestellt und deren Strukturen mit den vorhergesagten verglichen. Das soll wiederum helfen, RNA-Faltung besser zu verstehen, die Vorhersagealgorithmen zu verbessern, und gezielt bestimmte RNA Strukturen mit bestimmten Funktionen herstellen zu können. Solche RNAs könnten zum Beispiel in der Medizin verwendet werden. Die EteRNA Spieler haben es übrigens bereits zur einer Publikation in einem wissenschaftlich hoch renommierten Journal gebracht und Supercomputer in verschiedenen Design Challenges geschlagen.

Nicht nur in der Bioinformatik werden sich die Fähigkeiten der Menschen spielerisch zu Nutze gemacht. Ähnliche Spiele findet ihr auch in der Medizin, der Astronomie, der Artenforschung und selbst im Bereich der Kunst. Also los, traut euch — jeder kann seinen Beitrag zur Wissenschaft leisten!

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Kommentare (5)

  1. #1 fherb
    8. Dezember 2016

    Ich habe mich früher auch mit Optimierungsverfahren beschäftigt und kenne die Tücken. Evolutionäre, genetische Algorithmen, wie auch Monte Carlo sind Grundbegriffe von Lösungen, die seit Aufkommen der Rechentechnik am Arbeitsplatz in den 90igern verstärkt zum Einsatz kamen. Ich glaube jedoch nicht, dass der Mensch bei diesen hochkomplexen 3D-Gebilden irgendwelche Vorteile hat. Topologische Fragestellungen können sehr schnell überfordern. Mathematiker zeigen z. B. wie man eine angezogene Weste auf dem Körper wenden kann, also Innenseite nach außen, ohne sie auszuziehen. Das sind aber im Vergleich noch einfache Aufgaben.

    Wenn es für das Faltungsproblem noch keine gute Rechenlösung gibt, es aber jedes Blutkörperchen ohne Gehirn auch hin bekommt, (Und nicht nur jedes 10.) dann ist der Algorithmus schlecht geeignet. Da wäre es also eine viel bessere Spielidee, vom Spieler auf irgend eine Weise einem besseren Algorithmus zu finden. Denn der lässt sich dann wiederverwenden. Eine Einzellösung gilt nur für dieses Riesenmolekül.

    Wenn angenommen wird, dass eine topologische Betrachtung eines Menschen hilft, ließe sich das vielleicht nachbilden. In zwei Schritten: Ray Tracing fertigt Bilder, die dann von einem neuronalen System beobachtet werden. Da sich das selbst ergänzt, lassen sich Trainingsdaten vollautomatisch in Lösungsversuchen gewinnen. Das Neuronale Netz lernt durch eigene Versuche, die mit Rauschen leicht beeinflusst werden, um immer wieder neue Daten zu bekommen.

    Das braucht zwar ganz gewiss enorme Rechenkapazität. Wenn sich mit der Lösung dann aber beliebig viele Strukturen einfach falten lassen, ist das wertvoller, als wenn ein Spieler nach vielen Kaffees mal zu einer einzigen Lösung kommt, die nicht auf andere Strukturen anwendbar ist.

    Also ich stehe solchen im Artikel beschriebenen Ansätzen sehr kritisch gegenüber. Ist wohl mehr Öffentlichkeitsarbeit als nutzbringende Wissenschaft, solche Spiele zu entwickeln.

  2. #2 fherb
    8. Dezember 2016

    Vielleicht sind für solche Aufgaben kinematische Simulationsansätze geeignet, die die Bewegung der Strukturen in einer Flüssigkeit simulieren. Unter dem Einfluss Braunscher Bewegung sozusagen plus natürlich aller Dipolkräfte. Nichts Anderes tut das reale Protein.

  3. #3 HansG
    Sol III
    8. Dezember 2016

    Nur ergänzend hierzu: Eve Online – Project Discovery

    Hier darf man sich als Spieler des Sci-fi MMORPGs “Eve Online” auf hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie-Bilder stürzen, welche die Proteinverteilung in der menschlichen Zelle abbilden. Ziel ist es, die Bilder anhand der fluoreszenzmarkierten Proteine/Organellen richtig zu kategorisieren, damit diese in den http://www.proteinatlas.org/cell aufgenommen werden können.
    Da es wohl keinen guten Algorithmus gibt, um das zu bewerkstelligen, holt man sich die eifrige Zockerschaft ins Boot. Um die Motivation zu erhöhen, gibt es als Belohnung für ein gutes ,,Erkennen” (d.h., wenn das vom Spieler gemeldete Ergebnis dem Community-Konsens entspricht…) Punkte und Spielewährung (ISK), welche im Spiel zu heißbegehrten Gegenstände umgetauscht werden können.
    Das Projekt scheint noch zu laufen, und von dem, was ich so mitbekommen habe, waren die Ergebnisse wohl sehr gut/brauchbar.

    “Foldit” habe ich versucht unter das Volk zu bringen. Meine Erfahrung: Leider scheinen die Leute wenig begeisterungsfähig zu sein, wenn man dafür extra ein Spiel oder ne Applikation runterladen muss und ,,nur” ne Belohnung bekommt, zu der man keine Beziehung hat. Da finde ich den obigen Ansatz besser, ein Minigame zu entwickeln und in ein schon bekanntes Spiel (WoW, etc.) zu integrieren. Die Spielerbasis ist da – und wenn die Belohnung stimmt (nur dann, leider…), findet das auch großen Anklang.

  4. #5 Robert
    8. Dezember 2016

    HansG,
    ……Foldit unters Volk zu bringen.

    Ich kann jetzt nur von mir ausgehen. Ich kenne mich mit Computeralgorithmen aus und verstehe den Zusammenhang zwischen Versuch und Irrtum und Programmschleifen.
    Dazu ist aber Voraussetzung, dass man genau das Ziel kennt und sich den Weg dazu vorstellen kann.
    Bei “Foldit” habe ich noch nicht einmal ansatzweise
    eine Vorstellung was das Ziel ist und mit welchen Mitteln man das Ziel erreichen kann. Vielleicht wäre ein kleines Beispiel als Anreiz hier sinnvoll.