Cómo un videojuego contribuyó a conocer más el mundo genético de los microbios

Aunque muchos los critican y afirman que son una pérdida de tiempo y hasta una adicción, pasar muchas horas jugando videojuegos puede ser útil para la medicina y los estudios en organismo humano.

¿Cómo sucede esto? ¿Cómo es posible que la ciencia se nutra y avance con millones de personas estáticas en las computadoras de sus casas o frente a sus tablets o celulares, jugando un simple videojuego?

La respuesta está en los videojuegos de ciencia ciudadana (CSG, por sus siglas en inglés), que están diseñados principalmente para usuarios dispuestos a contribuir a la ciencia mundial y a ayudar a desarrollar mejores conocimientos del funcionamiento el cuerpo humano y la potencial creación de nuevos fármacos.

La ominipresencia de los videojuegos en el mundo, con un potencial de 3000 millones de jugadores online creó nuevas oportunidades para comunicar y enseñar conceptos científicos a distintas jóvenes generaciones. Y una de las aplicaciones más notables de este medio es el desarrollo de juegos de ciencia ciudadana (CSG) que involucran a los participantes en el análisis de datos científicos reales.

Todo comenzó con Foldit en 2008, que reclutó a científicos ciudadanos en línea para ayudar con la predicción de la estructura de las proteínas. Luego, la CSG se han aplicado a la genómica comparada, al plegamiento del ARN, a la segmentación de neuronas y hasta a la física cuántica.

La implementación exitosa de este concepto también conlleva sus propios desafíos, que son cómo llegar a participantes potenciales y mantener el compromiso de los jugadores para que la investigación científica avance y pueda generar resultados concretos.

“El enfoque clásico para diseñar CSG se basa en la gamificación, es decir, la introducción de elementos de diseño de juegos que facilitan la adquisición de la experiencia necesaria para completar la actividad y aumentar el compromiso. El diseño de estos CSG está fuertemente arraigado en la presentación canónica de la tarea científica, lo que puede dificultar su valor de entretenimiento y, por tanto, de participación del público en general. Por lo tanto, su público objetivo se centra en usuarios con interés previo en la ciencia, lo que eventualmente amplifica el sesgo demográfico observado en los proyectos de ciencia ciudadana”, describe un reciente estudio científico por expertos de la Universidad de McGill en Montreal, Canadá.

Los científicos publicaron los resultados de su investigación en la revista Nature Biotechnology, en la cual 4,5 millones de jugadores han avanzado significativamente en la investigación médica al jugar un minijuego llamaodo Borderlands Science, dentro del videojuego famoso Borderlands 3, que ayudó a mapear la historia evolutiva de los microbios en el intestino humano.

“Este trabajo ha mejorado los algoritmos existentes y ha sentado las bases para futuras herramientas de Inteligencia Artificial (IA), mostrando una sinergia única entre los videojuegos y la investigación científica”, destacó Jérôme Waldispühl, profesor asociado de la Facultad de Ciencias de la Computación de McGill y autor principal del artículo publicado, que mencionó que en tan solo medio día, los jugadores de Borderlands Science recopilaron 5 veces más datos sobre secuencias de ADN microbiano que el ya olvidado juego Phylo en 10 años.

Esto se consiguió debido a que se trata de un juego metido dentro de otro juego más popular. Tal y como indican, este tipo de videojuegos no suelen tener muchos jugadores y alcanzar una cifra de 500.000 ya de por sí se considera un éxito masivo.

“El gameplay es algo similar a lo que hemos visto en Tetris, Candy Crush y muchos otros juegos de este tipo. Pero no hay que juzgar a un libro por su portada, ya que en este caso tenía un propósito mucho más complejo. Esta información representa un aumento exponencial de lo que hemos descubierto hasta ahora sobre el microbioma. Al alinear filas de mosaicos que representan los componentes genéticos de diferentes microbios, los humanos han podido asumir tareas que ni siquiera los mejores algoritmos informáticos existentes han podido resolver todavía”, destacó el autor.

El proyecto fue dirigido por investigadores de la Universidad McGill, desarrollado en colaboración con Gearbox Entertainment Company, una galardonada empresa de entretenimiento interactivo, y Massively Multiplayer Online Science (MMOS) , una empresa suiza de TI que conecta a los científicos con los videojuegos), y con el respaldo de la experiencia. y material genómico de la Iniciativa Microsetta dirigida por Rob Knight de los Departamentos de Pediatría, Bioingeniería y Ciencias de la Computación e Ingeniería de la Universidad de California en San Diego.

Humanos mejor que las máquinas

Los jugadores no sólo han mejorado los resultados producidos por los programas existentes utilizados para analizar secuencias de ADN, sino que también están ayudando a sentar las bases para programas de IA mejorados que se pueden utilizar en el futuro.

La idea de integrar el análisis de ADN en un videojuego comercial con atractivo para el mercado masivo surgió de Attila Szantner, profesor adjunto en la Facultad de Ciencias de la Computación de McGill y director ejecutivo y cofundador de MMOS. “Dado que casi la mitad de la población mundial juega videojuegos, es de suma importancia que encontremos nuevas formas creativas de extraer valor de todo este tiempo y capacidad intelectual que dedicamos a jugar”, precisó Szantner.

Los científicos partieron de la idea de que más de la mitad de las células de nuestro cuerpo son extrañas. Sólo el 43% de nuestras células son de origen humano y el resto pertenece a microbios extraños. Estos microbios tienen un impacto enorme en la salud de nuestro cuerpo.

Los expertos explicaron que los microbios están compuestos de ADN. Al igual que nosotros, cada microbio tiene su propia firma de ADN especial y especies de microbios similares tienen ADN similar. “Si pudiéramos secuenciar todas las diferentes especies de microbios que se encuentran en el cuerpo humano y que, como recuerdo, constituyen más de la mitad de las células de nuestro cuerpo, aprenderemos muchísimo sobre nosotros mismos”, sintetizaron.

Bajo una iniciativa de Microsoft se recopilaron decenas de miles de muestras de excremento humano y se extrajo y secuenció el ADN de los microbios del interior. El siguiente paso fue organizar estos datos. Si bien se pensó en un primer momento recurrir a las computadoras y a la IA, desafortunadamente no sirven, ya que se aceleran en ciertas tareas, y no son tan buenos para organizar la información del ADN. La computadora comete muchos pequeños errores que pueden corromper el análisis posterior, lo que nos devuelve a los humanos.

Los expertos han tomado millones de secuencias de ADN y las han dividido en acertijos que un gamer puede jugar y resolver dentro de Borderlands 3. El juego es simple: el jugador se enfrenta a diferentes hebras de ADN, cada una formada por fichas individuales. El trabajo es colocar tantas fichas como sea posible en su fila apropiada mientras hace coincidir los colores a fin de desarrollar un mejor algoritmo para el futuro.

“En el minijuego el jugador ve entre 7 y 20 secuencias de 4 a 10 nucleótidos. Cada secuencia se muestra como una pila vertical de ladrillos y cada color representa un nucleótido (a través de un mapeo aleatorio). Los ladrillos se colapsan (se eliminan todos los espacios) y se le pide al jugador que inserte un número finito de espacios para mejorar una puntuación determinada por la cantidad de ladrillos alineados correctamente con las guías. Estos objetivos, ubicados a la izquierda, muestran los nucleótidos más comunes en la columna de alineación correspondiente”, describieron los expertos en el estudio científico.

Y agregaron: “Al insertar fichas de espacio, el jugador utiliza su habilidad natural para combinar patrones para realinear una región de la alineación del andamio. El número limitado de fichas, establecido por un ingenuo y codicioso jugador de inteligencia artificial (IA) en función de la facilidad con la que podría mejorar la alineación, obliga al jugador humano a tomar decisiones difíciles. Este jugador codicioso también establece una puntuación objetivo que el jugador real, que debe superar los problemas para avanzar al siguiente rompecabezas”.

Microbios, enfermedades y el estilo de vida

Las decenas de billones de microbios que colonizan nuestros cuerpos desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de la salud humana. Pero las comunidades microbianas pueden cambiar con el tiempo en respuesta a factores como la dieta, los medicamentos y los hábitos de vida.

Debido a la gran cantidad de microbios involucrados, los científicos aún están en los primeros días de poder identificar qué microorganismos se ven afectados o pueden afectar qué condiciones de nuestro cuerpo. Por eso es tan importante el proyecto de los investigadores y los resultados de los jugadores.

Los cambios en las bacterias intestinales se han vinculado con una variedad de enfermedades distintas, como la diabetes tipo 2, la obesidad y la enfermedad inflamatoria intestinal.

Estudios anteriores han relacionado el microbioma intestinal con factores de riesgo de enfermedades cardíacas como los triglicéridos o los niveles de azúcar en la sangre, pero no han logrado explicar completamente los medios por los cuales estas bacterias afectan la salud del corazón.

“Esperamos poder utilizar esta información para relacionar tipos específicos de microbios con lo que comemos, con cómo envejecemos y con las muchas enfermedades que van desde la enfermedad inflamatoria intestinal hasta el Alzheimer en las que ahora sabemos que los microbios están involucrados”, añadió Knight, quien también dirige el Centro para la Innovación en Microbiomas de la Universidad de San Diego.

“Debido a que la evolución es una gran guía para funcionar, tener un mejor árbol genealógico que relacione nuestros microbios entre sí nos da una visión más precisa de lo que están haciendo dentro y alrededor de nosotros”, precisó el profesor Knight.

“Borderlands Science creó una oportunidad increíble para colaborar con científicos ciudadanos en un problema novedoso e importante, utilizando datos generados por un proyecto masivo de ciencia ciudadana independiente”, añade Daniel McDonald, director científico de la Iniciativa Microsetta.

“Estos resultados demuestran el notable valor del acceso abierto a los datos y la escala de lo que es posible con prácticas inclusivas en los esfuerzos científicos”, concluyó.