Számítógépes játékosok közös erővel alig két hét alatt megoldottak egy tudományos rejtélyt,
amellyel tíz éve hiába próbálkoztak a szakterület legjobb tudósai. A legtöbb hasonló
projekt sikeréhez azonban az önkénteseknek még csak le sem kell ülniük gépük elé.
Rákattintok az egérrel a fehérje egyik dugó-
húzószerű láncára, és próbálom arrébb
húzni, hogy a molekula csinosabban néz-
zen ki. Néha sikerül jobbá tennem, ilyenkor
megdicsér a program, konfettik hullanak, és bónusz-
pontokat kapok. A Foldit nevű szoftverrel játszom,
több ezer más játékossal együtt. A képernyőn forgó,
hajlongó háromdimenziós modell masszírozása talán
értelmetlen időtöltésnek hathat (ebben nem külön-
bözne a többi számítógépes játéktól), a cél azonban
több ennél. A „megoldandó” molekula ugyanis a va-
lóságban is létezik, és társaimmal együtt azon dolgo-
zunk, hogy meghatározzuk mindeddig ismeretlen
térbeli alakját.
A program neve (magyarul: hajtogasd!) a fehér-
jék egyik legfontosabb jelleg-
zetességére utal. A
szaknyelven protein-
nek nevezett anyag
több ezer atomból
fölépülő óriásmo-
lekula. Bár építőele-
mei, az aminosavak
elágazások nélkül,
láncszerűen kapcso-
lódnak egymáshoz, a tel-
jes molekula térszerkezete
ennél sokkal bonyolultabb. A
lánc összevissza kanyarog,
fölgyűrődik, visszahajlik (ezt
hívják angolul hajtogatódás-
nak, foldingnak), mígnem ki-
alakul a fehérje térszerkezete.
Ez elengedhetetlen ahhoz, hogy
az anyag betöltse a sejtben ját-
szott szerepét, feladatát (amint
arról Perczel András fehérjekémi-
kus, a Bolyai-díj idei kitüntetettje be-
szélt lapunknak adott interjújában: Há-
ziasított fehérjék, Magyar Nemzet Magazin, jú-
nius 11.).
Bár a térszerkezet kialakulásához elegendő az
aminosavsorrendben rejlő információ, még nem tu-
dunk annyit a folyamatról, hogy könnyedén megha-
tározhassuk a fehérjék háromdimenziós alakját. A
térbeli modell fölrajzolása az egyszerűbb molekulák-
nál is hónapok megfeszített munkáját igényli, a bo-
nyolult fehérjék esetében pedig még a legkorszerűbb
számítástechnikai módszerek segítségével sem lehe-
tünk biztosak a sikerben. Sokak számára megnyug-
tató lehet a tudat, hogy ez esetben az emberi intuíció
és a csapatmunka sokszor legyőzi a komputerek ké-
pességeit.
A fehérjék térszerkezetének közös erővel történő
megfejtésére hozták létre a washingtoni egyetem
komputertudósai és biokémikusai a Foldit programot
2008-ban. Meglátásuk szerint az emberek öröklött
mintázatfelismerő képessége, ha sokan, több tízezren
működnek együtt, hatékonyabb lehet a háromdimen-
ziós formák megtalálásában, mint a legfejlettebb
programok. A játékban (amelyet bárki ingyenesen le-
tölthet a Fold.it weboldalról) úgy kell csűrnünk-csa-
varnunk a fehérjéket, hogy a molekula a legalacso-
nyabb energiaszintű állapotba kerüljön (ez jelzi
ugyanis a stabil térszerkezetet). Eközben a közösségi
számítógépes játékoknál megszokott módon ponto-
kat szerezhetünk, és versenyezhetünk másokkal.
Jutalmunk a hírnév lehet, ahogy történt ez most a
Spvincent, a Grabhorn és a Mimi becenevű felhasz-
nálókkal, olvasható az Ars Technica informatikai hír-
portálon.
A játékosok nemrég az emberi HIV-hez hasonló
Mason–Pfizer-majomvírus (amely AIDS-et okoz a
majmokban) proteáz enzimjének tíz lehetséges tér-
beli alakját kapták kiindulásul.
A proteáz enzimek az AIDS-betegséget okozó ret-
rovírusok egyik „csodafegyvere”: működésük blok-
kolása a vírus fertőzőképességének meggátolásához
vezethet.
– E proteáz, tehát a fehérjéket bontani képes en-
zim a vírus éréséhez elengedhetetlen – nyilatkozta la-
punknak Nagy Károly, a Semmelweis Egyetem Orvosi Mikrobiológiai Intézetének igazgatója. – A gazda-
sejtből kijutó vírusok fehérjéi ugyanis még hosszab-
bak a végleges állapotuknál, őket vágja szét a proteáz.
A vírus csak ezután tud újabb sejteket megfertőzni.
Talán érthető ezek után, miért övezi különös tu-
dományos érdeklődés a retrovírusok proteáz enzim-
jét. Ha valahogy blokkolni tudnánk a működését, a
vírus nem működne tovább. Nagy Károly és munka-
társai a múlt század utolsó évtizedében a HIV proteáz
enzimjének gátlóit, idegen szóval inhibitorait kutat-
ták. A felfedezett gyógyszermolekulákat ma már a
mindennapi orvoslásban is használják.
– Húsz évvel ezelőtt, amikor a protázinhibito-
rokkal kezdtem dolgozni, jószerével csak a polcról
levett vegyületeket tudtuk tesztelni, hogy vajon gá-
tolják-e a vírust. Ma már, ha ismerjük a célmoleku-
la térszerkezetét, számítógéppel meg tudjuk tervez-
ni azt a molekulát, amelyik gátolja a működését –
mondja Nagy Károly. – A lehetséges inhibitorok
pontosan illeszkednek az enzim aktív helyére, tehát
arra a részére, ahol a feladatát végzi. A jó inhibitor
olyan erősen odakötődik, hogy onnan soha többé
nem válik le, így az enzim valós célmolekulája már
nem fér oda.
A következő napokban e molekulákat alakítot-
ták át a játékosok (az eredetileg számukra bizto-
sított térszerkezetek lehetségesek, de „hibá-
sak”, azaz a célnak nem megfelelőek voltak),
így több tízezer lehetséges formát hoztak
létre. Alig telt el másfél hét, amikor Spvin-
cent előállt a korábbiaknál sokkal jobb
modellel, amelyet aztán Grabhorn és Mimi pillanatok alatt to-
vább finomított.
Ezek után a kutatóknak
alig maradt dolguk a moleku-
lával. Természetesen mindez
nem jelenti azt, hogy a többsé-
gükben laikus játékosok oko-
sabbak, mint a biokémikusok.
Pontosabban egyenként nyilván
nem okosabbak. Együtt viszont, a
több szem többet lát elvet követve, a
lelkes közösség a jelek szerint alkalmas le-
het egészen összetett problémák megoldására is.
A Foldit nem az első olyan projekt a washingtoni
egyetemen, amely a tömegek jó szándékára épít.
Szintén ez az egyetem áll az ugyancsak a fehérjék is-
meretlen térszerkezetének meghatározására létreho-
zott Rosetta@Home kezdeményezés mögött. Bár ez is
rengeteg számítógép együttes munkáján alapszik, az
elve lényegesen eltér a felhasználók aktív közreműkö-
dését igénylő számítógépes játéktól.
– Miután a kutatóintézetekben megtervezik a ku-
tatási projektet, a szükséges számításokat végző al-
kalmazást kettéosztják szerver- és kliensprogramok-
ra. A szerver földarabolja a feladatot, munkacsoma-
gokat képez belőle, majd elküldi a felhasználók szá-
mítógépein működő klienseknek. Azok elvégzik a
számításokat, az eredményeket pedig visszaküldik –
válaszolta kérdésünkre Kacsuk Péter, a Magyar Tudo-
mányos Akadémia Számítástechnikai és Automatizá-
lási Kutatóintézetében (MTA SZTAKI) működő Pár-
huzamos és Elosztott Rendszerek Laboratórium
(PERL) vezetője. – A kliensprogram telepítése után a
felhasználónak semmi dolga nincs, a folyamat ezután
automatikus.
Ezzel a módszerrel tehát a kutatók nem az önkén-
tesek kreativitását és játék iránti vonzódását használ-
ják fel, hanem csupán otthoni számítógépeik feles
teljesítményét: a kliensprogram akkor végzi el a köz-
pontból küldött számítási feladatokat, amikor a fel-
használó gépe be van ugyan kapcsolva, de más, a gé-
pet megterhelő feladatot nem végez vele.
A Rosetta és több más „@Home” rendszer őse a
még ma is népszerű SETI@Home volt, amelyet a föl-
dön kívüli értelmes civilizációk rádiójelei után kutató
SETI-programban keletkező irdatlan mennyiségű
adat földolgozására terveztek a kaliforniai egyetem
berkeleyi részlegén működő űrtudományi laborató-
riumban. Innen származik elterjedt közös elnevezé-
sük is, hiszen BOINC-rendszereknek hívják őket, ami
a Berkeley hálózatos számítások nyílt infrastruktúrá-
jának angol rövidítése. Jelenleg hetvenkét hasonló
számítógépes program fut a világon a működésüket
folyamatosan regisztráló BOINCstats.com weboldal
adatai szerint. Ezek között többségben vannak a
gyógyszerkutatással, csillagászattal, éghajlatváltozás-
sal, fizikával kapcsolatos projektek, de van olyan is,
amelyik a szudoku rejtvény- és sakkfeladványok ha-
tékony megoldását keresi. Az eddigi leghíresebb fel-
fedezés egy ilyen rendszerhez kötődik. Az Eins-
tein@Home önkéntesei tavaly az egyik James Bond-
film kapcsán ismertté lett Puerto Ricó-i Arecibo ob-
szervatórium által fogott rádiójeleket elemezve új
pulzárt fedeztek föl.
A budapesti PERL is üzemeltet egy hasonló rend-
szert, amely a SZTAKI Desktop Grid névre hallgat. A
Boincstats.com adatai szerint e projektnek összesen
34 334 felhasználója van a föld 172 országában, közü-
lük 2325-en aktívak.
– Hat éve működik a Desktop Grid, amelyen jelen-
leg három alkalmazás fut,
tehát az önkéntesek há-
rom különböző kutatás
számítási műveleteiben segíthetnek. Az egyik a sokdimenziós számrend-
szereket vizsgálja, a másik az ugyancsak a SZTAKI-
ban fejlesztett KOPI plágiumkereső program műkö-
dését segíti, a harmadik pedig a fizika nem egyensú-
lyi folyamatait kutatja – mondja Kacsuk Péter. – Ön-
kénteseinknek nincs beleszólásuk abba, hogy melyik
alkalmazást szeretnék futtatni. A feladatokat a szer-
ver osztja ki aszerint, hogy mire van épp nagyobb
szükség. Ha az emberek dönthetnének erről, min-
denki azt az alkalmazást futtatná, amelyik több kre-
dittel kecsegtet.
Mik is ezek a kreditek? A felhasználók által el-
nyerhető jutalompontok. Bár az efféle kezdeménye-
zésekben a felhasználók nagy többsége pusztán jó
szándékból vesz részt, a versenyszellem őket is át-
járja. Minél több erőforrást bocsátanak a rendszer
rendelkezésére, annál több pontot gyűjtenek. A leg-
aktívabb résztvevőket toplistákon tartják nyilván. A
csalók ellen azonban itt is védekezni kell. Vannak,
akik szándékosan meghamisítják a számítások
eredményeit, hogy ezzel hátráltassák a kutatást.
Mások érdemtelenül próbálnak előbbre jutni a di-
csőségfalon. Mindezek miatt minden munkacsoma-
got több felhasználóval is meg kell csináltatni, hogy
a kutatók megbizonyosodhassanak az adatok he-
lyességéről.
(Olvasóink is felajánlhatják számítógépük fölösle-
ges kapacitását, ha letöltik a SZTAKI Desktop Grid
programját az szdg.lpds.sztaki.hu webcímről.)
2011. október 8.
