Может ли видеоигра помочь уничтожить вызывающий рак яд? Недавно запущенный проект дает обычным игрокам возможность решить биологическую головоломку, что потенциально может привести к новым способам повышения безопасности наших продуктов.
Афлатоксины, канцерогенные продукты плесени, которые растут на сельскохозяйственных культурах, таких как кукуруза и арахис, являются бедствием в развивающихся странах. Употребление в пищу зараженных афлатоксином культур может вызвать острое отравление и смерть. Но низкое воздействие в течение длительного периода времени может вызвать проблемы с иммунной системой, задержать рост детей и стать основным фактором риска развития рака печени. В то время как страны с высоким уровнем дохода, такие как Соединенные Штаты, проверяют урожай на наличие афлатоксинов, около 4, 5 миллиарда человек, в основном в странах с низким уровнем дохода, все еще находятся в опасности.
Хотя проблема была признана в течение более 50 лет, исследователям еще предстоит найти всеобъемлющее решение. Теперь проект, спонсируемый конфетной компанией Mars, Incorporated совместно с несколькими некоммерческими организациями и университетами, направлен на продвижение исследований путем поиска фермента, способного расщеплять афлатоксины. Они надеются сделать это, используя естественную любовь людей к играм и решению проблем.
Команда загрузила серию головоломок с афлатоксином на игровую платформу Foldit, в которой пользователи экспериментируют со сложением различных структур белка. Складывание белков в надлежащие трехмерные структуры с потенциальным использованием в реальной жизни требует пространственных рассуждений и навыков сопоставления с образцом, что делает процесс созревшим для геймификации - соучредитель Foldit однажды назвал его «подобным тетрису на стероидах».
Пользователи Foldit получили потенциально фермент, разлагающий афлатоксин, и перед ними стоит задача улучшить фермент для лучшей нейтрализации токсина. Лучшие пять или десять решений будут затем синтезированы и затем протестированы в Калифорнийском университете в Дэвисе. Вся информация останется в открытом доступе. Команда надеется, что использование потенциала неспециалистов поможет им найти неожиданные решения, думая нестандартно, как компьютеры до сих пор не могут.
«По сути, видеоигра стремится захватить человеческое воображение« того, что может быть »для структуры белка», - говорит Джастин Сигел, химик из Калифорнийского университета в Дэвисе, участвующий в проекте. «Это обеспечивает обратную связь в реальном времени о вероятности того, что структура, как предполагал игрок, будет физически возможна».
Foldit, разработанный компьютерными учеными из Университета Вашингтона и Северо-Восточного университета, ранее успешно использовался в исследованиях в области здравоохранения. В 2011 году пользователям Foldit потребовалось три недели, чтобы открыть структуру фермента, который помогает размножаться вирусу СПИДа, прокладывая путь для потенциальных новых методов лечения. Это была проблема, которая озадачивала ученых в течение десятилетия.
Афлатоксин был с людьми в течение тысяч лет, но он не был идентифицирован до 1960 года, когда тысячи индеек на английских птицефабриках начали болеть и умирать без видимой причины. Ученые назвали эту проблему «болезнь Турции X» и в конечном итоге связали ее с арахисовой мукой, импортированной из Бразилии. Было обнаружено, что корм загрязнен плесенью, называемой Aspergillus flavus, чьи ядовитые метаболиты стали известны как афлатоксины.
Исследования в конечном итоге обнаружили, что две плесени, Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus, в основном отвечают за выработку афлатоксина. Эти плесени процветают в теплых и влажных условиях и могут загрязнять посевы в поле, во время сбора урожая и при хранении. Они растут на нескольких основных культурах, включая кукурузу, арахис, просо, пшеницу, хлопковые семена и лесные орехи. Они также могут загрязнять молоко и другие молочные продукты, если животные едят заплесневелый корм.
Многие страны, в том числе США и страны ЕС, имеют строгие стандарты для максимального количества афлатоксинов, разрешенных в пищевых продуктах и кормах для животных. Но во многих странах развивающегося мира стандарты ниже или вообще отсутствуют, или им трудно регулировать стандарты, которые у них есть. Жители, употребляющие загрязненную пищу местного производства, страдают как от непосредственных последствий - вспышки афлатоксикоза (острого отравления афлатоксином) в 2004 году убили 125 человек в сельской Кении, так и от долговременных последствий - людей, подвергшихся воздействию афлатоксинов, у которых также есть гепатит В (который очень распространен в развивающийся мир) риск развития рака печени примерно в 30 раз выше, чем обычно.
«Когда вы думаете об этом, на ум приходит слово« чума », - говорит Говард Шапиро, главный сельскохозяйственный директор Mars, Incorporated.
Афлатоксин также является экономическим бременем. Поскольку развитые страны не принимают загрязненную пищу, фермеры теряют миллионы долларов дохода от бракованных поставок и снижения стоимости урожая. Экспорт арахиса, который когда-то процветал во многих африканских странах, резко упал с 1970-х годов из-за опасений афлатоксина.
Проблему можно частично решить с помощью надлежащих методов сбора урожая и хранения, хотя иногда они недоступны для мелких фермеров. Текущие исследования по контролю афлатоксина направлены на селекцию устойчивых растений, использование нетоксичных разновидностей плесени, чтобы конкурировать с токсичными, и химическую обработку, уничтожающую афлатоксин. Но ничего еще не дало ничего похожего на полное решение.
Mars, Incorporated, которая ежегодно проходит через тонны арахиса, кукурузы и других продуктов в конфетах, таких как M & Ms и Snickers, уже давно занимается проблемами афлатоксина. В какой-то момент, говорит Шапиро, около 70 процентов поставок из определенной цепочки поставок были отклонены из-за загрязнения. Шапиро и его команда работают над выращиванием культур, устойчивых к афлатоксину, проект, который, как он надеется, даст результаты через пять-восемь лет. Он надеется, что проект FoldIt скоро принесет свои плоды. Ферменты, обнаруженные пользователями Foldit, могут помочь привести к появлению новых соединений, контролирующих афлатоксин в различных точках процесса выращивания и хранения, потенциально способных работать вместе с устойчивыми растениями в будущем.
«Я чувствую, что это может стать большим прорывом», - говорит Шапиро. «Если нам повезет, это не только для Марса. Это глобальное усилие ».
