Könnte ein Videospiel helfen, ein krebserregendes Gift auszurotten? Ein neu gestartetes Projekt gibt gewöhnlichen Spielern die Möglichkeit, ein biologisches Rätsel zu lösen, das möglicherweise zu neuen Wegen führt, unsere Lebensmittelversorgung sicherer zu machen.
Aflatoxine, die krebserzeugenden Produkte von Schimmelpilzen, die auf landwirtschaftlichen Kulturpflanzen wie Mais und Erdnüssen wachsen, sind eine Plage in den Entwicklungsländern. Der Verzehr von Aflatoxin-kontaminierten Pflanzen kann zu akuten Vergiftungen und zum Tod führen. Eine niedrige Exposition über einen langen Zeitraum kann jedoch Probleme mit dem Immunsystem verursachen, das Wachstum von Kindern bremsen und ein Hauptrisikofaktor für Leberkrebs sein. Während einkommensstarke Länder wie die USA Ernten auf das Vorhandensein von Aflatoxinen untersuchen, sind immer noch rund 4, 5 Milliarden Menschen, hauptsächlich in Ländern mit geringerem Einkommen, gefährdet.
Obwohl das Problem seit mehr als 50 Jahren bekannt ist, müssen Forscher noch eine umfassende Lösung finden. Ein von Mars, Incorporated Candy Company, in Zusammenarbeit mit mehreren gemeinnützigen Organisationen und Universitäten gesponsertes Projekt zielt nun darauf ab, die Forschung voranzutreiben, indem ein Enzym gefunden wird, das Aflatoxine abbauen kann. Sie hoffen, dies zu erreichen, indem sie die natürliche Liebe der Menschen zu Spielen und zur Problemlösung nutzen.
Das Team hat eine Reihe von Aflatoxin-Rätseln auf Foldit hochgeladen, einer Spieleplattform, auf der Benutzer mit dem Falten verschiedener Proteinstrukturen experimentieren. Das Falten von Proteinen in richtige dreidimensionale Strukturen mit potenziellen realen Verwendungszwecken erfordert räumliche Überlegungen und Fähigkeiten zur Mustererkennung, was den Prozess für die Gamifizierung reif macht - Foldits Mitbegründer beschrieb ihn einst als „wie Tetris bei Steroiden“.
Benutzern von Foldit wurde zunächst ein potenziell Aflatoxin abbauendes Enzym verabreicht, und sie sollen das Enzym verbessern, um das Toxin am besten zu neutralisieren. Die besten fünf oder zehn Lösungen werden anschließend synthetisiert und an der University of California, Davis, getestet. Alle Informationen bleiben öffentlich zugänglich. Das Team hofft, dass die Erschließung des Potenzials von Nicht-Experten ihnen dabei hilft, unerwartete Lösungen zu finden.
"Das Videospiel versucht im Wesentlichen, die menschliche Vorstellungskraft für die Proteinstruktur zu wecken", sagt Justin Siegel, Chemiker an der UC Davis, der an dem Projekt beteiligt ist. "Es gibt in Echtzeit Rückmeldung über die Wahrscheinlichkeit, dass die vom Spieler vorgesehene Struktur physisch möglich ist."
Foldit, das von Informatikern an der University of Washington und der Northeastern University entwickelt wurde, wurde bereits erfolgreich in der Gesundheitsforschung eingesetzt. Im Jahr 2011 dauerte es drei Wochen, bis die Anwender von Foldit die Struktur eines Enzyms entdeckten, das die Fortpflanzung des AIDS-Virus unterstützt und den Weg für potenzielle neue Therapien ebnet. Es war ein Problem, das Wissenschaftler seit einem Jahrzehnt verwirrte.
Aflatoxin ist seit Tausenden von Jahren beim Menschen, aber es wurde erst 1960 identifiziert, als Tausende von Puten auf englischen Geflügelfarmen begannen, ohne offensichtlichen Grund zu erkranken und zu sterben. Wissenschaftler nannten das Problem "Turkey X Disease" und verbanden es schließlich mit aus Brasilien importiertem Erdnussmehl. Es wurde festgestellt, dass das Futter mit einer Art Schimmelpilz namens Aspergillus flavus kontaminiert war, dessen giftige Metaboliten als Aflatoxine bekannt wurden.
Untersuchungen ergaben, dass zwei Schimmelpilze, Aspergillus flavus und Aspergillus parasiticus, hauptsächlich für die Aflatoxinproduktion verantwortlich sind. Diese Schimmelpilze gedeihen unter warmen und feuchten Bedingungen und können Ernten auf dem Feld, während der Ernte und bei der Lagerung kontaminieren. Sie wachsen auf einer Reihe von Grundnahrungsmitteln, darunter Mais, Erdnüsse, Hirse, Weizen, Baumwollsamen und Baumnüsse. Sie können auch Milch und andere Milchprodukte kontaminieren, wenn Tiere schimmeliges Futter essen.
Viele Länder, einschließlich der USA und der EU-Länder, haben strenge Standards für die maximale Menge an Aflatoxinen, die in Lebensmitteln und Tierfuttermitteln zulässig ist. Aber viele Entwicklungsländer haben geringere oder gar keine Standards oder haben Schwierigkeiten, die Standards, die sie haben, zu regulieren. Einwohner, die kontaminierte Lebensmittel aus lokalem Anbau verzehren, leiden sowohl unter den unmittelbaren Folgen eines Ausbruchs der Aflatoxikose (akute Aflatoxinvergiftung) von 2004, bei dem 125 Menschen im ländlichen Kenia ums Leben kamen, als auch unter den langfristigen Folgen, wenn sie Aflatoxinen ausgesetzt sind, die ebenfalls Hepatitis B haben (die in Kenia weit verbreitet ist) Entwicklungsländer) haben ein 30-mal höheres Leberkrebsrisiko als normal.
"Wenn Sie darüber nachdenken, fällt Ihnen das Wort" Pest "ein", sagt Howard Shapiro, Chief Agricultural Officer von Mars, Incorporated.
Aflatoxin ist auch eine wirtschaftliche Belastung. Da die Industrieländer kontaminierte Lebensmittel nicht akzeptieren, verlieren die Landwirte Millionen von Dollar an Einkommen durch zurückgewiesene Lieferungen und niedrigere Erntewerte. Der Erdnussexport, der einst in vielen afrikanischen Ländern florierte, ist seit den 1970er Jahren aufgrund von Aflatoxin-Ängsten stark zurückgegangen.
Das Problem kann teilweise mit geeigneten Ernte- und Lagertechniken gelöst werden, obwohl diese für Kleinbauern manchmal unerreichbar sind. Aktuelle Forschungen zur Bekämpfung von Aflatoxin befassen sich mit züchtungsresistenten Pflanzen, bei denen ungiftige Schimmelpilzsorten verwendet werden, um mit den giftigen zu konkurrieren, und mit chemischen Behandlungen, die Aflatoxin abtöten. Aber noch bietet nichts eine vollständige Lösung.
Mars, Incorporated, das jedes Jahr Tonnen von Erdnüssen, Mais und anderen Grundnahrungsmitteln in Süßigkeiten wie M & Ms und Snickers verarbeitet, befasst sich seit langem mit Aflatoxinproblemen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, so Shapiro, wurden rund 70 Prozent der Sendungen aus einer bestimmten Lieferkette aufgrund von Kontamination abgelehnt. Shapiro und sein Team haben an der Züchtung von Aflatoxin-resistenten Pflanzen gearbeitet, ein Projekt, von dem er hofft, dass es in fünf bis acht Jahren Ergebnisse erzielen wird. Er hofft, dass das FoldIt-Projekt früher Früchte tragen wird. Die von Foldit-Anwendern entdeckten Enzyme könnten dazu beitragen, neue Verbindungen zur Bekämpfung von Aflatoxin an verschiedenen Stellen des Wachstums- und Lagerungsprozesses zu entwickeln, die möglicherweise in Synergie mit resistenten Pflanzen in der Zukunft wirken.
"Ich denke, das könnte ein großer Durchbruch sein", sagt Shapiro. „Wenn wir Glück haben, ist dies nicht nur für den Mars. Dies ist eine globale Anstrengung. “
