2014年01月29日

背景:
現在生化学の研究室ではコンピューターを使わないところはなく、様々な解析や計算に必要不可欠となっている。しかしコンピューターはデータを入力すれば全て精確にやってくれるわけではなく、人より劣った苦手な部分もある。

要約:
不特定多数の人々からアイディアを募るクラウドソーシングは生化学の分野でも注目されており、クラウドバイオケミストリーと呼ぶ研究者もいる。2011年には、ワシントン大学のDavid Baker博士やZoran Popović博士らの率いる研究チームによってデザインされた、Folditと呼ばれるゲームをインターネット上の不特定多数の人々に遊んでもらうことで、HIVタンパク質の3次元構造の解析を成功させた。

そこでこの度、Folditチームのメンバーであり現在カーネギーメロン大学に務めるAdrien Treuille博士やスタンフォード大学のRhiju Das博士らによって、EteRNAと呼ばれるRNAの構造を解明するための新たなオンラインゲームが開発され、37000人が参加することでRNAの折り畳み方を決定する40の新たな法則が導きだされた。

RNAは生物に必須な高分子の1つであり、DNAやタンパク質ど同列に語られる。RNAは長い間遺伝情報のメッセンジャーとして機能すると考えられていたが、近年になってより広範な機能を持つことが明らかにされている。それらの機能を発揮するには、DNAやタンパク質と同様に3次元的な構造が必要不可欠であるため、配列のみではなく立体構造が明らかにされなければならない。

RNAには薬やバイオセンサーとしての利用が注目されているが、目的の機能を持たせるには目的の立体構造をしていなければならず、そのためには安定した立体構造を維持することのできる配列を解明しなければならない。

EteRNAでは、既知のRNA構造を使うことでチュートリアルとパズル問題を解き、1万点を超えると研究チームへの参加が解禁される。ゲームでは目的の構造へと折り畳まれるRNA配列をデザインし、毎週8つの配列が投票により選ばれスタンフォード大学の研究室へと送られた後、実際のRNAが合成され構造が確認される。

2年間で何百というRNA配列が解析され、上記のようにRNAを折り畳むための40の新たな法則が導き出された。例えば、RNA構造内のループやアームといった個別の部分を繋ぐ部分は、グアニンとシトシンを多く含むことでとても大きく安定化することが分かった。

クラウドソーシングによるRNA構造の配列予測は、標準的なソフトウェアと比べると99%の割合でより精確に予測することができた。また新たに発見された40の法則を組み込んだアルゴリズムEteRNA Botでも、標準的なソフトウェアに比べて95%しか精確な予測をすることができなかった。このことは、専門化でない人々も多く参加するクラウドソーシングによる構造解析は、アルゴリズムを組み込んだコンピューターよりも依然として優れていることを示している。

現在彼らは、RNAの配列だけではなく3次元構造もデザインすることのできるゲームを作成しているようだ。また他分野の研究者が同様の方法を利用できるようにテンプレートの開発を進めているという。

補足:
Folditに関しても記事にしていたので興味のある方はどうぞ。
ゲームで解く生化学

video game

元記事:
Crowdsourced RNA designs outperform computer algorithms
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140127164801.htm
Online Video Game Plugs Players Into Real Biochemistry Lab
http://news.sciencemag.org/biology/2014/01/online-video-game-plugs-players-real-biochemistry-lab

参照:
Jeehyung Lee, Wipapat Kladwang, Minjae Lee, Daniel Cantu, Martin Azizyan, Hanjoo Kim, Alex Limpaecher, Sungroh Yoon, Adrien Treuille, Rhiju Das, and EteRNA Participants. RNA design rules from a massive open laboratory. PNAS, January 27, 2014 DOI: 10.1073/pnas.1313039111

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