Eine begeisterte Gruppe von Nicht- Experten, die über eine Online- Schnittstelle und Feedback von Laborexperimenten hat Entwürfe für RNA-Moleküle , die durchweg erfolgreicher als diejenigen, die von den besten computergestützten Design -Algorithmen erzeugt werden hergestellt , Forscher an der Carnegie Mellon University und der Stanford University Bericht .
Darüber hinaus trafen sich die Forscher einige der besten Design- Regeln und Praktiken, die von den Spielern des Online Eterna Design Herausforderung , mit maschinellem Lernen Prinzipien erzeugt , erzeugt ihre eigenen automatisierten Design -Algorithmus , EteRNABot , die auch übertroffen älteren Geschmacksmuster Algorithmen. Obwohl diese verbesserte Computer -Design-Tool ist schneller als der Mensch , werden die Entwürfe noch erzeugt nicht die gleiche Qualität aufweisen , die der Online-Community , die inzwischen mehr als 130.000 Mitglieder.
Die Forschung wird sich in dieser Woche in den Proceedings der National Academy of Sciences Online Early Edition veröffentlicht.
" Die Qualität der von der Online- Community eterna produziert Designs ist einfach unglaublich und weit darüber hinaus , was jeder von uns erwartet, wenn wir dieses Projekt vor drei Jahren begann ", sagte Adrien Treiulle , Assistant Professor der Informatik und Robotik an der Carnegie Mellon , der führt das Projekt mit Rhiju das, assistant Professor für Biochemie an der Stanford und Jeehyung Lee, Ph.D. Student der Informatik an der Carnegie Mellon .
"Das wäre nicht möglich, wenn Eterna -Mitglieder wurden nur spuckt Designs mit Online- Simulationswerkzeuge , " Treuille fortgesetzt. "Durch die eigentlich die Synthese der vielversprechendsten Entwürfe in Das ' Labor in Stanford, geben wir Ihr Feedback über das, was funktioniert und nicht in der physischen Welt zu arbeiten. Und als Ergebnis , werden diese nicht- Experten, die uns einen Einblick in RNA- Design, das deutlich voran ist die Wissenschaft. "
RNA oder Ribonukleinsäure ist einer der drei lebensnotwendig Makromoleküle , zusammen mit DNA und Proteinen. Lange als Bote für die genetische Information erkannt , RNA kann auch eine viel breitere Rolle als Regulator der Zellen spielen . Verständnis RNA Design könnte nützlich zur Behandlung oder Bekämpfung von Krankheiten sein, wie HIV , Für die Erstellung von RNA-basierten Sensoren oder auch für den Bau von Computern aus RNA .
In wobei die Forschung in dieser Woche berichtet , die Forscher getestet die Leistung der eterna -Gemeinschaft , EteRNABot und zwei State-of- the-Art- Design- RNA -Algorithmen bei der Erzeugung von Designs, die dazu führen, RNA-Stränge , sich in bestimmten Formen klappen würde . Die Computer konnten Entwürfe in weniger als einer Minute zu erzeugen , während die meisten Leute würden ein oder zwei Tage in Anspruch nehmen ; Synthese der Moleküle , um den Erfolg zu bestimmen und die Qualität dauerte einen Monat, für jedes Design, so dass die gesamte Experiment dauerte etwa ein Jahr .
Letztlich Lee gesagt, die durch den Menschen hergestellt Designs hatte eine 99 Prozent Wahrscheinlichkeit, über denen des Standes der Computeralgorithmen , während EteRNABot hergestellt Entwürfe mit einem 95 Prozent Wahrscheinlichkeit besting der vorherigen Algorithmen.
"Die Qualität des Designs der Community ist so gut, dass selbst wenn Sie generiert Tausende von Designs mit Computer-Algorithmen , die Sie nie finden, so gut wie die Gemeinschaft ", sagte Lee .
Zu Beginn des Projekts wurden die Spieler aufgefordert, RNA , die in bestimmten Formen von der Das Labor ausgewählt gefaltet entwerfen. Dank der technologischen Durchbrüche , die jetzt aktivieren Das und sein Team , um tausend Design- Sequenzen jeden Monat statt der ursprünglichen 30 zu synthetisieren , hat Eterna ein offenes Forschungsprojekt , dem Forscher aus Labors auf der ganzen Welt können Designherausforderungen einreichen zu werden.
Obwohl Eterna Spieler kann wissenschaftlich nicht trainiert werden , haben sie dennoch Instinkte, die , wenn sie von den Laborexperimenten gestärkt , können zu neuen Erkenntnissen führen . " Die meisten Spieler hatte keine taktische Erkenntnisse über RNA- Designs ", sagte Lee . "Sie würden nur Muster erkennen - visuelle Muster . "
" Wissenschaftlich , nicht alle diese Regeln zunächst schien sinnvoll , sondern Menschen, die wurden ihnen folgende besser getan ", betonte er .
Ein Design-Regel von den Spielern erzeugten beinhaltet " Deckelung ". RNA besteht aus langen Sequenzen von Paaren von Nukleotiden und in der Regel der einfachste Weg, eine Sequenz oder "Stack" , das sich nicht reißen auseinander , wenn synthetisiert ist, es mit Guanin - Cytosin (GC) Paare füllen. Aber zu viele GC-Paare können einige unerwartete Formen zu erzeugen , wenn synthetisiert - "Es ist wie zu tun Origami mit einem Karton ", wie ein Spieler es ausdrückte.
Lee sagte, die Spieler eine Lösung gefunden , indem die GC-Paare erst am Ende des Stapels - " Capping " - und füllt den Rest des Stapels mit Adenin - Uracil -Paare.
Das Projekt wird jetzt nach erweitert seine Design -Schema , um dreidimensionale Entwürfe umfassen . Sie sind auch die Entwicklung einer Vorlage, die Forscher in anderen Bereichen nutzen können, um wissenschaftliche Projekte in Online- Herausforderungen zu machen.
Eterna wird finanziell von der National Science Foundation , der National Research Foundation Korea, Google und der WM Keck Foundation.