Foldit – chơi video game và đóng góp cho y học

Bạn thích video game? Và cũng muốn giải quyết các vấn đề cho khoa học? Một game mới, có tên Foldit, chuyển sự gấp nếp của protein thành một môn thể thao cạnh tranh. Cấp độ mở đầu dạy các quy tắc mà có cùng những định luật vật lý mà theo các định luật này, sợi protein quăn và xoắn thành các hình dạng 3 chiều – chìa khóa mở ra bí ấn sinh học từ bệnh Alzheime đến vaccine.

Sau khoảng 20 phút tập luyện, người ta sẽ cảm thấy thích khi người ta đang chơi video game nhưng thật sự nhấn chuột trên danh nghĩa của y học.

Trò chơi được phát triển bởi thực tập sinh tiến sĩ Seth Cooper và nhà nghiên cứu Adrien Treuille, cả hai đều chuyên về lĩnh vực chế tạo và khoa học máy tính, cùng với Zoran Popovic phó giáo sư của trường đại học Washington và là nhà nghiên cứu tại viện Y học Howard Hughes, và giáo sư David Salesin trường đại học Washington. Những nhà thiết kế game chuyên nghiệp này đưa ra lời khuyên trong quá trình tạo ra trò chơi này.

“Chúng tôi hy vọng sẽ đổi cách thức khoa học được thực hiện và người thực hiện nó,” phó giáo sư Popovic, người đã trình bày dự án này tại hội nghị Games for Health ở Baltimore, phát biểu. “Mục đích cuối cùng của chúng tôi là để cho những người bình thường chơi game và cuối cùng họ sẽ trở thành những ứng cử viên cho giải Nobel.”

(Ảnh: Fold.it)

Protein có hơn 100.000 loại khác nhau trong cơ thể người, hình thành mỗi tế bào, tạo thành hệ thống miễn dịch và thiết lập tốc độ phản ứng hóa học. Chúng ta biết nhiều chuỗi gen của protein, những không biết làm thế nào chúng gấp thành các hình dạng phức tạp mà các góc và khe hở của chúng đóng vai trò sinh học cực kỳ quan trọng.

Các giả lập máy tính tính toán tất cả các hình dạng có thể của protein, nhưng đây là bài toán quá lớn đến nỗi tất cả máy tính trên thế giới sẽ mất hàng thế kỷ để giải nó. Vào năm 2005, giáo sư Baker phát triển một dự án có tên Rosetta@home tận dụng thời gian máy tính của những người tình nguyện trên thế giới nhưng thậm chí 200.000 tình nguyện viên cũng không đủ.

“Có quá nhiều khả năng đến nỗi máy tính không thể đi lần lượt qua từng cái một,” Giáo sư Baker nói. “Phương pháp như Rosetta@home chỉ làm tốt trên những protein nhỏ, nhưng khi protein ngày càng to dần, thì càng lúc càng khó hơn và thường thì máy tính sẽ thất bại."

Rosetta@home và Foldit đều sử dụng phần mềm gấp nếp protein Rosetta. Foldit là dự án gấp nếp protein đầu tiên yêu cầu những tình nguyện viên một thứ gì đó hơn là máy Playstation. Foldit còn khác với những trò chơi tương tác giữa con người và máy tính gần đây là sử dụng khả năng của con người để nhận dạng những hình ảnh hoặc giải thích một đoạn văn bản. Thay vào đó, Foldit sử dụng các kỹ năng giải quyết những bài toán 3 chiều tự nhiên của con người.

Kỹ năng trực giác giúp ai đó chơi Foldit giỏi không nhất nhiết phải là kỹ năng giúp tạo thành một nhà sinh học hàng đầu. Giáo sư Baker cho biết đứa con trai 13 tuổi của ông gấp protein nhanh hơn ông. Và những người khác có thể còn nhanh hơn.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu hy vọng phát triển khoa học bằng cách khám phá những người gấp protein xuất sắc, những người có khả năng tự nhiên nhìn thấy protein ở hình ảnh 3 chiều.

Trò chơi trông giống với phiên bản Tetris của thế kỷ 21. Một nhóm nghiên cứu bao gồm 6 sinh viên đang học đại học và đã tốt nghiệp của trường đại học Washington đã mất một năm để tìm ra cách làm cho trò chơi vừa chính xác vừa hấp dẫn. Họ đã đối mặt với một số thách thức đặc biệt mà những người phát triển game thương mại không gặp phải.

Gần 1000 người chơi đã test hệ thống này trong những tuần gần đây, sử dụng những protein với các hình dạng đã biết. Tuy nhiên, bắt đầu từ tuần trước, những người phát triển trò chơi đã cho ra mắt công chúng trò chơi này và đưa ra những protein với các hình dạng chưa biết.

Bắt đầu từ mùa thu, các bài toán Foldit sẽ mở rộng trong việc tạo ra những protein mới mà chúng ta mong là tồn tại – các enzyme mà có thể phá vỡ các chất thải độc tố chẳng hạn hoặc có thể hút cacbon đioxit từ không khí. Chỉ một mình máy tính thì không thể thiết kế một protein từ đầu. Trò chơi để cho máy tính giúp đỡ khi nó là một bài toán tối ưu hóa đơn giản - để cho người chơi tập trung vào các nước đi thú vị.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ đưa ra kẻ thù không thể tránh của y học, như là HIV hoặc sốt rét, và thử thách người chơi nghĩ ra một protein với đúng hình dáng lý tưởng để khóa con virus lại và làm cho nó không hoạt động. Những thiết kế protein thắng cuộc sẽ được tổng hợp trong phòng thí nghiệm của giáo sư Baker và được kiểm tra trong đĩa petri. Những người chơi đoạt điểm cao sẽ được công nhận trong những tờ báo khoa học.

Foldit còn bao gồm cả dạng trò chơi nhiều người, trong đó mọi người có thể lập nhóm, chát với những người chơi khác và tạo các profile online. Các nhà nghiên cứu sẽ phân tích các nước đi để xem những người chơi hàng đầu giải bài toán như thế nào. Thông tin này sẽ được phản hồi ngược lại trong phần thiết kế của game vì thế các định dạng và công cụ game có thể phát triển.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi DARPA Cơ quan quản lý các dự án nghiên cứu cao cấp về quốc phòng, Viện Y học Howard Hughes, Hãng Microsoft và Adobe Systems Inc., cùng với các thành viên Nvidia Corp. và Intel Corp.