エテルナ

エテルナ

開発者	スタンフォード大学 カーネギーメロン大学
初回リリース	2010
利用可能	英語
タイプ	目的のあるゲーム、パズル
Webサイト	このサイトについて

Eternaは、カーネギーメロン大学とスタンフォード大学の科学者によって開発されたブラウザベースの 「目的を持ったゲーム」であり、ユーザーはRNA分子の折り畳みに関連するパズルを解くことができます。^[1]このプロジェクトは、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団、スタンフォード大学、国立衛生研究所によってサポートされています。^[2]以前の資金提供者には、国立科学財団が含まれています。^[3]

Folditと同様に、このパズルは Eterna を開発した研究者の一部によって作成され、人間の問題解決能力を利用して、現在のコンピュータ モデルでは計算的に困難なパズルを解きます。研究者は、RNA の折り畳み機構に関する基本的な疑問に答えるために、「クラウドソーシング」^[4]とEterna プレイヤーの集合知^[1]を活用したいと考えています。投票で上位に選ばれたデザインはスタンフォード大学の生化学研究室で合成され、RNA 分子の折り畳みパターンを評価してコンピュータの予測と直接比較し、最終的にコンピュータ モデルを改善します。^{[3] [5]}

最終的に、Eternaの研究者は、期待される形状に一貫して折り畳まれるRNAの合成を可能にする「完全かつ反復可能な一連のルール」を決定したいと考えています。^{[6] Eternaプロジェクトのリーダーは、これらの基本原理を決定することで、RNAベースの}ナノマシンとスイッチの設計が容易になることを期待しています。^[7] Eternaの作成者は、Eternaプレーヤーのソリューション、特に「正しい答えがどのように見えるべきかという考えに創造性が制限されない」非研究者のソリューションにうれしい驚きを感じています。^[8]

2016年現在、エテルナには約25万人の登録プレイヤーがいる。^[9]

プレイヤーには、RNA 鎖が折りたたまれるべき特定のターゲット形状が提示されます。プレイヤーは、4 つのRNA ヌクレオチド(アデニン、シトシン、グアノシン、ウラシル) のいずれかをさまざまな位置に配置することで配列を変更できます。これにより、システムの自由エネルギーが変わり、RNA 鎖の折りたたみダイナミクスに劇的な影響を与えることができます。Eterna では、特定の塩基の数や 3 つの塩基対の種類の数、ロックされた塩基など、さまざまな制限が課される場合があります。また、RNA と結合してシステムの自由エネルギーに重大な影響を与える分子が含まれる場合もあります。より高度なパズルでは、プレイヤーに 2 つまたは 3 つの異なるターゲット形状が同時に提示される場合があります。プレイヤーが生成する単一の配列は、さまざまな条件 (結合分子の有無) 下でそれぞれの形状に折りたたまれなければなりません。

Eterna パズルは、チャレンジ、プレイヤー パズル、クラウド ラボの 3 種類に大別されます。チャレンジは、ゲーム メーカーが用意したパズルで、プレイヤーに Eterna の仕組みを紹介するとともに、プレイヤーが挑戦できる一連のプリセット パズルを提供します。プレイヤー パズルはプレイヤーによって生成され、クラウド ラボでは、アクティブ、提案済み、アーカイブ済みのラボ プロジェクトがプレイヤーに提示され、レビュー、投票、または挑戦できます。

新規プレイヤーは、RNA の構造と折り畳みの基本概念を紹介する最初のパズルの進行を案内されます。プレイヤーがパズルを進めていくにつれて、複雑さが増し、さまざまなゲーム インターフェイス要素が説明されます。30 個のパズルを完了し、5 つの Eterna Essentials バッジをすべて獲得すると、プレイヤーは Cloud Lab にアクセスして、研究室での研究に参加できるようになります。プレイヤーが十分な数の RNA パズルを完了すると、他のプレイヤーのためにパズルを生成する機会がアンロックされます。

2016年、エテルナは、結核の新しい診断装置を開発する取り組みとして、 OpenTBと呼ばれる最初のバイオメディカルチャレンジを開始しました。このプロジェクトは、スタンフォード大学の研究者が公開データを使用して発見した遺伝子発現「シグネチャ」を使用し、世界中の診療所で簡単に導入できるオープンソースの紙ベースの診断キットを作成することを目指しています。オープンソースキットの開発は、MITのリトルデバイスラボとのコラボレーションです。参加者は、チャレンジの第2ラウンドまでに遺伝子シグネチャを検出するRNAの設計に成功し、2018年2月現在、実際の患者サンプルでテストが続いています。^[10]

OpenTBの成功に続き、Eternaは2017年8月にOpenCRISPRを立ち上げ、CRISPR遺伝子編集で使用されるシングルガイドRNA（sgRNA）の設計をプレイヤーに課しました。このプロジェクトの目標は、別の小分子（テオフィリンなど）によって調節できる新しいクラスのsgRNAを作成し、必要に応じて体内の遺伝子編集をオンまたはオフにすることです。2017年11月の第1ラウンド終了時点で、プレイヤーは合成用に90,000を超えるRNA設計を提出しており、これはこれまでで最大の提出数です。^[11]

SARS-CoV-2の流行に対応して、EternaはOpenVaccineのコラボレーションに参加し、冷凍保存せずに保管・輸送できるmRNA分子を安定化する方法を開発しました。参加者は、ヌクレオチドレベルで小さなRNA分子の安定性を調べるための6000の設計を提出し、その結果を使用して、in vitroでの分解とin vivoでのタンパク質発現がテストされた構造化ナノルシフェラーゼを設計しました。OpenVaccineの研究により、安定化mRNA治療薬を設計するための新しい方法と原理が生まれ、現在の保存期間の3倍になる可能性のあるワクチンも開発されました。^{[12] [13]}

2019年、エテルナはノースウェスタン大学のジュエット研究室と共同でリボソーム工学プロジェクト「OpenRibosome」を立ち上げ、iSAT無細胞リボソーム構築プラットフォーム上で改変大腸菌リボソームの折り畳みを強化しました。プレイヤーが設計した20個の16S配列と20個の23S配列のタンパク質生産は、4回のフィードバックベースの反復で評価されています。リボソームは、ユニークなポリマーを合成できる分子機械として再設計されています。^[14]

• 2011年8月までに、約26,000人のプレイヤーがRNA配列設計を提供し、306以上の設計がin vitroテスト用に合成されました。 ^[15]
• 2014年1月、Eternaの研究結果がPNAS誌に掲載され、論文には「Eternaの参加者」が共著者として記載された。^{[16] [17]}
• Eternaのゲーマーたちは、スーパーコンピューターで動くアルゴリズムを破り、100のRNA二次構造設計チャレンジをすべて解き、使用された6つのアルゴリズムの最高スコアは54でした。ゲーマーたちはRNAの化学配列を操作することで、望ましい形状の安定した形を作り出しました。プレイヤーが考案した戦略は、逆RNAフォールディングを困難にする特定の構造的特徴を特定しました。Eternaの研究者たちは、彼らの戦略をアルゴリズムに統合することで、自動化されたRNA二次構造設計の改善が達成できることを期待しています。チャレンジの結果は、2016年2月にJournal of Molecular Biology^{に掲載されました。 [9] [18]}これは、ビデオゲームを通じて募集された非専門家の市民科学者による主要な執筆貢献、および共同主著者としての地位に基づいた最初の論文でした。
• Eternaの市民科学者は、7+アデノシンの文字列を読み取る際にSHAPEとDMSの化学プローブに矛盾があることを発見し、その後、その結果をBiochemistryに発表しました。^[19]これは、査読付きジャーナルに掲載された、市民科学者のみによって書かれた最初の論文です。

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