Der Wissenschaft spielend helfen mit Foldit und eteRNA

Gerade im Sommer haben viele Menschen etwas mehr Freizeit als gewöhnlich - dieser Sommer scheint aber Wortwörtlich ins Wasser zu fallen. Zuhause sitzt man da nun und schwelgt mit dem Gedanken, auch mal was für die Wissenschaft zu tun. Vielleicht fasziniert euch die winzig kleinen Verbindungen wie Proteine oder RNA und DNA.

Auch wenn Maschienen in Gebieten wie Berechnungen anfertigen oder Analysieren und das beste auszusuchen die Nase vorn hat. Kann der Mensch immer noch etwas besser, darum gewinnen auch heute noch Menschen gegen Computergegener - kreativ denken.

Fassen wir zusammen - Ihr habt Interesse an der Wissenschaft bzw. wollt ihr helfen oder sucht einen etwas anderen Zeitvertreib? Mit Folit und eteRNA ist euch geholfen - zwei völlig verschiedene Spielvarianten, um der Wissenschaft dienlich zu sein. In beiden Formen sind es Rätsel, die am besten und optimalsten zu lösen sind. Es geht dabei nach Punkten - wurde die Mindestpuktzahl für ein Level erreicht, kommt man in das nächste. Hier eine kurzer Einblick in Foldit und eteRNA:

Foldit (Beta) -
auf der Hompage von Foldit das Programm (ca. 27 MB) für Windows, Linux oder Mac heruntergeladen werden und Installiert. Es besitzt mehre Sprachpakete u.a. Deutsch, welches aber noch nicht vollständig übersetzt wurde (die Hauptfunktion sind es). Es ist möglich Online via Benutzer und Passwort sich anzumelden oder Offline (ohne Anmeldung) zu spielen.

In Foldit geht es darum Proteine zu falten, sodass es keine Komplikatonen mehr vorhanden sind und es ausgeglichen verstellt ist. In einer 3D-Umgebung kann das Proteine vollständig gedreht und gewendet werden und jede Seitenkette ist verdrehbar bzw. Ausrichtbar. Somit gibt es mehre Hundert wenn nicht Tausende Möglichkeiten wie das Proteine optimal aussehen könnte - deswegen können 1.000 schlaue Köpfe möglicherweise schneller die passende Formierung finden als ein Computer. Das Bild ist ein Screenshot und es zeigt ein Tutorial für das Falten der Proteine - die rote Stachelkugel, welche einer Seemine gleicht zeigt an, dass es eine kollision vorhanden ist und die rote Blase, das es zunah/fern ist (weiß nicht genau^^) - Zudem je grüner der Strang an sich (durch drehen und verändern der blauen und orangen Seitenketten) gibt es mehr Punkte, da es eine optimalere Zusammenstellung ist.


Ein Protein, welches in der Fomierung nicht exestieren könnte, da es Konflikte im Aufbau hat


eteRNA
Die eteRNA Webapp ist eine Entwicklung des National Science Foundation und des Stanford Bio-X Interdisciplinary Initiative Program realsiert durch Media X Programs. Von der Seite führt es zu einen Login-Bereich in den man sich regestrieren kann (E-mail Adresse ist Optional und es wird keine Aktivierung erforderlich) oder einfach mit einem Klick und einem Login via Facebook regestrieren. Die Seite ist Englisch, aber mit dem Tutorial kommt man auch ohne viele Englischkentnisse aus - es hat mehr mit Logik zu tun.

In eteRNA geht es darum, DNA bzw. RNA in einer 2D-Umgebung Basenpaare zusammenzuführen in einen Vorgebenen Muster. Dabei sind die Basen Guanin, Adenin, Cytosin und Uracil vorhanden. Das besondere ist, dass Adenin und Uracil sich anziehen und Guanin und Cytosin es ebenfalls tun - keine Sorge, mann muss sich nicht die Begriffe merken, sondern legendlich die Farben, außerdem wird visuell angezeigt, welche Nuklide zusammenpassen. Somit kann ein gerader Strang dadurch das ganz vorne ein Adenin platziert wird und ganz unten ein Uracil, dass es sich zu einem Kreis bildet, denn so können die beiden Basen ein Basenpaar bilden. Man kann zwischen der Ansicht wechseln, wie der DNA/RNA Strang sein soll und wie er mit der derzeitigen Kompsitation reagieren würde. Hier geht es darum, das die Stränge eine bestimmte vorgegeben Form erhalten - bei höheren Levels folgen andere Ziele und mehr Alternativen.


Ein DNA/RNA Strang wie er Ausehen soll

Der Grund warum man das normalerweise Online spielt rührt daher, dass die Informationen an Wissenschaftliche Einrichtungen gesendet und Ausgewertet werden. Als Spieler erhält man einern Highscore, welcher mit anderen Spieler verglichen wird. eteRNA besitztsogar noch einen Livechat, damit während man seinen Strang zusammenbastelt, sich mit anderen Unterhalten kann. Besonderheit: Einmal wöchentlich wird der beste Strang im Labor nachgebaut - und wer weiß - vielleicht ist das der Schlüssel zum Entschlüsseln von Gencodes.

Ich denke nicht, das Foldit Grundlos das Internationale AIDS-Zeichen trägt...

Foldit Website: http://fold.it/portal/ (Archiv-Version vom 23.07.2012)
eteRNA: http://eterna.cmu.edu (Archiv-Version vom 24.07.2012)

Danke für die Tipps, hört sich echt interessant an. :)

@RobbyRobbe
Auch sehr interessant sind diese spielerischen Simulationen:

Wikipedia: Darwinbots

http://www.phy.syr.edu/courses/mirror/biomorph/ (Archiv-Version vom 05.02.2012)

@Mem513185

Sowas wie Darwinbots kenne ich als "Phase Wars" aber das ist eher ein Spiel als Simulation

Danke

@RobbyRobbe
wie gesagt, als Alternative ginge das:
http://www.phy.syr.edu/courses/mirror/biomorph/ (Archiv-Version vom 05.02.2012)
Ist ls bewert!

Das Thema find ich sehr interessant, da es mit meiner Doktorarbeit zu tun hat, aber vielleicht solltest du nochmal erzählen, warum es so wichtig ist, dass man weiß, wie sich Proteine falten und warum sie überhaupt falten.

Nur so als Denkanstoss ;)

@Quimbo

Ich gebe zu jetzt unsicher zu sein - soweit ich weis hat es mit der Effizenz und Wirkung bzw. Sicherheit des Proteins zu tun. Möglicherweise wie belastbar bzw. Wiederstandsfähig es ist?
Ein Glück mache ich doch keine Biotechnologie :D auch wenn es mich sehr interssiert...

Edit: Ich weiß das Proteine Fehler verursachen können wenn was nicht mit der "Faltung" stimmt - aber kein Schimmer weshalb...

Bitte klär mich auf :)

Vereinfacht gesagt:
Proteine falten sich auf ganz charakteristische Weise, das nennt man den nativen Zustand. Und genau dieser Zustand bewirkt die Funktion des Proteins. Ein Protein ist soetwas wie ein Wekzeug, dass genau die richtige Form für die Aufgabe haben muss.

Die Sequenz, sprich die Abfolge der Aminosäuren entlang des Backbones, bedingen wiederum dessen nativen Zustand. Naja, nicht gänzlich, einige andere Faktoren wie z.B. Temperatur oder einige Enzyme spielen auch eine Rolle.
Das ist übrigens auch der Grund, warum sehr hohes Fieber tödlich sein kann.
Denn wenn die Temperatur nicht stimmt, degenerieren Proteine und wichtige Vorgänge im Körper werden nicht mehr ausgeführt.

Wenn man sich Proteine vorstellen will, dann sollte man sich die wie eine Halskette vorstellen, also mit vielen aufeinanderfolgenden, gleichen Kettengliedern. An jedem dieser Kettenglieder hängt nun eine Aminosäure. Zudem ist jedes Kettenglied einzeln in einigen wenigen Winkeln frei drehbar.
Diese Aminosäuren haben z.B. verschiedene Eigenschaften: Manche mögen Wasser, d.h. sie wollen lieber auf der Aussenseite des Proteins sein, andere hassen Wasser, "vergraben" sich also vornehmlich im Protein, usw. Diese Eigenschaften bewirken also, dass sich die freien Winkel ausrichten, da das Protein gerne seinen Energieaufwand minimieren möchte.
Da entstehen so lustige Schrauben, Schleifen oder parallel ausgerichtete Stränge, die durch diverse Brückenbindungen gehalten werden, wenn sie sich zu nahe kommen.
Die Faltung an sich passiert natürlich nicht aus dem Nichts, sondern aus dem Chaos heraus. Da die Wassermoleküle mit den Molekülen des Proteins interagieren, "schubst" das Wasser das Protein zufällig, aber gesteuert durch die Interaktion der Aminosäuren, in die richtige Form. Das allein
find ich schon unglaublich.

Wenn man sich jetzt vorstellt, dass jedes Kettenglied ein paar freie Winkel hat, dann erkennt man, dass es eine enorm große Anzahl an Möglichkeiten gibt, wie sich so ein Protein falten könnte. Das Erstaunliche dabei ist, dass im Normalfall die einzig "richtige" Struktur dabei herauskommt. Allerdings passiert das nicht immer, z.B. bei Rinderwahn oder vermutlich Alzheimer,
und das ist der Knackpunkt.

Wenn wir verstehen wollen, wie ein Protein wirkt, dann müssen wir wissen, wie es sich faltet. Das kann man bei jedem Protein mit diversen Verfahren auch rausfinden, es ist aber schweineteuer. Und hier setzt FoldIt an, nämlich die Problemlösungsfähigkeiten des menschlichen Hirns
auszunutzen.

Man gibt also vielen Nutzern das Tool und was dabei herauskommt vergleicht man hinterher mit seinen mathematischen Modellen. Was man übrigens
da in FoldIt an Punkten für ein Protein bekommt, ist genau so eine Auswertung der Konfiguration im Modell.
Das ergibt dann eine Reihe von erfolgsversprechenden Faltungen, die man weiter erforschen kann.
Dadurch, dass es so viele Möglichkeiten der Faltung gibt, kann man die mathematischen Modelle nämlich nicht einfach in einen Computer füttern und gucken was rauskommt, man kann allerhöchstens viele Möglichkeiten durchprobieren. Wir wissen nämlich noch garnicht so genau, wie der Ablauf so einer Faltung vor sich geht. Das ist auch schwer rauszukriegen,
denn es passiert in Sekundenbruchteilen nach der Synthese, also kann man nicht einfach zuschauen.

FoldIt hilft also, Proteine zu Falten und dadurch zu verstehen. Das können z.B. Krankheiten oder Medikamente sein.

Hoffe ich hab nix verwechselt ;)

Ich mach das gleiche mit Rosetta. Dann hab ich noch Seti, Einstein und QVC.
hsintru

Registrieren kann man sich über Boing.
hsintru

Ich mag nicht diese neue Form der Erkenntnissuche, die Natur hat schon vorsortiert mit natürlicher Auswahl.
Die Wiederverwendung von Gensequenzen in Krankheiten ist ausreichend für Evolution.