Kan een videogame een kankerverwekkend gif helpen uitroeien? Een nieuw gelanceerd project geeft gewone gamers de kans om een biologische puzzel op te lossen, wat mogelijk kan leiden tot nieuwe manieren om onze voedselvoorziening veiliger te maken.
Aflatoxinen, de kankerverwekkende producten van schimmels die groeien op landbouwgewassen zoals maïs en pinda's, zijn een plaag in de ontwikkelingslanden. Het eten van met aflatoxine verontreinigde gewassen kan acute vergiftiging en de dood veroorzaken. Maar een lage blootstelling gedurende een lange periode kan problemen met het immuunsysteem veroorzaken, de groei van kinderen stunt en een belangrijke risicofactor voor leverkanker zijn. Terwijl landen met een hoog inkomen, zoals de Verenigde Staten, gewassen onderzoeken op de aanwezigheid van aflatoxinen, lopen ongeveer 4, 5 miljard mensen, grotendeels in landen met lagere inkomens, nog steeds risico.
Hoewel het probleem al meer dan 50 jaar wordt onderkend, moeten onderzoekers nog een uitgebreide oplossing vinden. Nu wil een project, gesponsord door het snoepbedrijf Mars, Incorporated in samenwerking met verschillende non-profitorganisaties en universiteiten, onderzoek vooruit helpen door een enzym te vinden dat aflatoxinen kan afbreken. Ze hopen dit te doen door te tikken op de natuurlijke liefde van mensen voor games en probleemoplossing.
Het team heeft een reeks aflatoxin-puzzels geüpload op Foldit, een spelplatform waarmee gebruikers experimenteren met het vouwen van verschillende eiwitstructuren. Het vouwen van eiwitten in juiste driedimensionale structuren met potentieel real-life gebruik vereist ruimtelijk redeneren en patroonaanpassingsvaardigheden, wat het proces rijp maakt voor gamification - mede-oprichter van Foldit beschreef het ooit als "zoals Tetris op steroïden."
Foldit-gebruikers hebben in eerste instantie een potentieel aflatoxine-afbrekend enzym gekregen en hebben als taak het enzym te verbeteren om het toxine het beste te neutraliseren. De beste vijf of tien oplossingen worden vervolgens gesynthetiseerd en vervolgens getest aan de Universiteit van Californië, Davis. Alle informatie blijft in het publieke domein. Het team hoopt dat het benutten van het potentieel van niet-experts hen zal helpen onverwachte oplossingen te verzamelen, denk buiten de gebaande paden zoals computers dat nog steeds niet kunnen.
"In wezen wil de videogame de menselijke verbeelding van 'wat zou kunnen zijn' voor de eiwitstructuur vastleggen, " zegt Justin Siegel, een chemicus bij UC Davis die bij het project betrokken is. "Het geeft real-time feedback over de waarschijnlijkheid dat de door de speler beoogde structuur fysiek mogelijk zou zijn."
Foldit, ontwikkeld door computerwetenschappers van de Universiteit van Washington en Northeastern University, is eerder met succes gebruikt in gezondheidsonderzoek. In 2011 duurde het drie weken voor Foldit-gebruikers om de structuur van een enzym te ontdekken dat het aids-virus helpt te reproduceren, wat de weg vrijmaakt voor mogelijke nieuwe behandelingen. Het was een probleem dat wetenschappers al tien jaar in verwarring bracht.
Aflatoxine is al duizenden jaren bij mensen, maar het werd pas in 1960 geïdentificeerd, toen duizenden kalkoenen op Engelse pluimveebedrijven ziek werden en zonder duidelijke oorzaak stierven. Wetenschappers noemden het probleem 'Turkije X-ziekte' en brachten het uiteindelijk in verband met pindameel geïmporteerd uit Brazilië. Het voer bleek besmet te zijn met een soort schimmel genaamd Aspergillus flavus, waarvan de giftige metabolieten bekend werden als aflatoxinen.
Onderzoek ontdekte uiteindelijk dat twee schimmels, Aspergillus flavus en Aspergillus parasiticus, voornamelijk verantwoordelijk waren voor de productie van aflatoxine. Deze schimmels gedijen in warme en vochtige omstandigheden en kunnen gewassen in het veld, tijdens de oogst en in opslag vervuilen. Ze groeien op een aantal basisgewassen, waaronder maïs, pinda's, gierst, tarwe, katoenzaad en boomnoten. Ze kunnen ook melk en andere zuivelproducten besmetten als dieren beschimmeld voer eten.
Veel landen, waaronder de VS en de landen van de EU, hanteren strikte normen voor de maximale hoeveelheid aflatoxinen die in voedsel en dierenvoer mogen worden toegelaten. Maar veel ontwikkelingslanden hebben mindere of helemaal geen normen, of hebben het moeilijk om de normen die ze hebben te reguleren. Inwoners die lokaal geteeld besmet voedsel eten, ondervinden zowel directe gevolgen - een uitbraak van 2004 van aflatoxicosis (acute aflatoxinevergiftiging) doodde 125 mensen op het platteland van Kenia - en gevolgen op lange termijn - mensen blootgesteld aan aflatoxines die ook Hepatitis B hebben (wat veel voorkomt in de ontwikkelingslanden) hebben een risico op leverkanker dat ongeveer 30 keer hoger is dan normaal.
"Als je erover nadenkt, komt het woord 'pest' in je op, " zegt Howard Shapiro, de Chief Agricultural Officer van Mars, Incorporated.
Aflatoxine is ook een economische last. Omdat ontwikkelde landen geen besmet voedsel accepteren, verliezen boeren miljoenen dollars aan inkomsten uit afgewezen zendingen en verlaagde gewaswaarden. De export van pinda's, ooit bloeiend in veel Afrikaanse landen, is sinds de jaren zeventig sterk gedaald vanwege de angst voor aflatoxine.
Het probleem kan gedeeltelijk worden opgelost met de juiste oogst- en opslagtechnieken, hoewel deze soms buiten het bereik van kleine boeren liggen. Huidig onderzoek naar aflatoxinecontrole kijkt naar het fokken van resistente planten, met behulp van niet-giftige variëteiten van schimmels om te concurreren met de toxische, en aflatoxine-dodende chemische behandelingen. Maar nog niets heeft zoiets opgeleverd als een volledige oplossing.
Mars, Incorporated, dat elk jaar door tonnen pinda's, maïs en andere nietjes gaat in snoepjes zoals M & M's en Snickers, houdt zich al lang bezig met aflatoxinekwesties. Op een gegeven moment, zegt Shapiro, werd ongeveer 70 procent van de zendingen uit een bepaalde toeleveringsketen afgewezen vanwege besmetting. Shapiro en zijn team hebben gewerkt aan het fokken van aflatoxineresistente gewassen, een project waarvan hij hoopt dat het over vijf tot acht jaar resultaten zal opleveren. Hij hoopt dat het FoldIt-project eerder vruchten zal afwerpen. De enzymen die door Foldit-gebruikers worden ontdekt, kunnen ertoe bijdragen dat nieuwe verbindingen aflatoxine op verschillende punten in het kweek- en bewaarproces beheersen en mogelijk in synergie werken met resistente planten verderop in de weg.
"Ik denk dat dit een grote doorbraak kan zijn", zegt Shapiro. “Als we geluk hebben, is dit niet alleen voor Mars. Dit is een wereldwijde inspanning. ”
