科学家创建模型来研究RNA将科学学习游戏化

内布拉斯加大学林肯分校的一名研究人员正在利用国家科学基金会的资金来构建一种首创的工具，该工具将帮助科学家更好地理解RNA，这种分子在历史上被边缘化为 DNA的小妹妹，但越来越被认为是一种重要的生物力量具有影响人类健康和先进技术的巨大潜力。

Husker 化学家Joseph Yesselman最近从 NSF 学院早期职业发展计划获得了为期 5 年、价值 120 万美元的资助，他将用这笔资金开发第一个能够可靠地预测 RNA形成三级接触能力的计算模型。 这些在称为基序的 RNA结构成分之间形成的接触 使RNA 能够折叠成复杂的 3D 结构，从而确定它们的生物学相关性。

化学助理教授约瑟夫·耶塞尔曼 (Joseph Yesselman) 已从国家科学基金会的教师早期职业发展计划中获得了为期五年、价值 120 万美元的资助，他将利用该计划开发第一个能够可靠地预测 RNA 形成三级接触能力的计算模型。图片来源：克雷格钱德勒 | UNL 通讯

快速轻松地预测 RNA是否 形成三级接触的能力将帮助科学家了解 位于细胞内 的基本RNA ，并指导设计新的、稳定的RNA，用于生物技术、研究和医学。

该工具还将提高科学家理解和操纵 RNA 以改善人类健康的能力。许多最让人类烦恼的病毒——流感、 COVID -19、寨卡病毒和鼻病毒等等——都是 RNA 病毒，这意味着它们的遗传物质是由 RNA构成的。收集有关其 3D 结构的详细信息可能会提供有关如何中断其生存和复制的提示。

化学助理教授耶塞尔曼说：“特别是对于病毒，如果你能破坏其中一种三级接触，那可能会成为一种非常有趣的药物。”

只有满足两个条件才能形成三级连接。首先， RNA链必须具有特定类型的基序，这些基序是在RNA的生物学功能和折叠能力 中起关键作用的离散成分 。所有 的RNA都有基序，但它们中只有一小部分能够进行三级接触——并且没有规则可以确定哪些是。

其次，即使 RNA 具有可行的基序，该链也必须具有足够的延展性，以使它们在物理空间中靠得很近，这样它们就可以连接起来。这并不总是可能的：有时， RNA 片段太短或太不灵活，以至于基序无法结合。目前，没有确定何时可以连接的方法。

“这实际上是两个独立的想法：哪些图案可以组合在一起，哪些线条足够灵活以将它们组合在一起，”耶塞尔曼说。“这两件事的模型都不存在，而且很难导航。”

为了生成支持他的模型的数据，耶塞尔曼正在使用一种称为突变相关化学作图的方法。这是一种高通量技术，将 RNA 序列连接在一起，然后通过一系列突变进行干扰。通过确定发生了什么突变，以及该突变如何影响结构中的其他分子，耶塞尔曼将能够查明能够形成三级接触的基序。

“你可以看到突变在其他地方引起了反应，这两点必须在空间中联系起来，”他说。“这足以定义三级联系人是什么。”

为了确定 RNA 链将基序组合在一起的能力，他将利用 RNAM ake，这是他之前开发的用于设计和优化 3D RNA 结构的系统。Yesselman 将把 RNA 片段串在一起，然后分析它们对突变的反应，以确定该链是否足够灵活以结合伙伴基序。

借助这些化学绘图数据，耶塞尔曼将为 RNAM ake 软件套件构建一种算法，该算法可通过计算预测三次接触形成的可能性。他将通过将模型整合到 Foldit 的新 RNA 接口中来测试该模型，Foldit 是一款专注于蛋白质折叠的在线益智视频游戏。

作为他教育计划的一部分，他将通过 Foldit 界面发起其他 RNA 3D 设计挑战，让公民科学家能够为开发新的 RNA 序列做出贡献。他的实验室将测试序列，将结果报告给玩家。

Yesselman 对 Foldit 的使用反映了他对利用电子游戏的力量让学生和公众参与 RNA 科学的信念。这种做法源于他自己的生活经历。耶塞尔曼说，他记得小时候玩过一个电子游戏，其中包括上山，在上山的路上捕捉侏儒。要继续前进，您必须回答一个科学问题。他会去图书馆，研究问题的答案，这样他才能前进。但这感觉不像是传统意义上的学习。

“这真的让我难以忘怀，”他说。“你可以让事情变得有趣，人们可以同时学习。你不需要知道你在做科学;这不过是一场游戏。我认为整个游戏化知识运动非常强大。”

为了将这种方法带给内布拉斯加州的研究生和本科生，耶塞尔曼正在开发一门新课程，该课程使用视频游戏和图形用户界面向学生介绍分子设计。他的目标是让创建新 RNA 蛋白的艰巨任务成为学生有趣且易于理解的体验。

国家科学基金会的 职业 奖支持通过杰出的研究、优秀的教育和教育与研究的整合来体现教师学者作用的任职前教师。

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