Аннотация:
5 ноября компания Anthropic объявила о последних результатах своей модели искусственного интеллекта Claude в области биологических исследований. При содействии Клода исследовательская группа компании впервые расшифровала трехмерную структуру Vault (частиц хранилища), построенных в прокариотических клетках, и сократила процесс очистки белковых частиц, который первоначально занимал от 3 дней до 90 минут. Клод также участвовал во многих научных исследованиях, таких как поиск в базе данных белков, проектирование конструкции ДНК и анализ данных криоэлектронной микроскопии.
Vault — это большой полый белковый комплекс, который был впервые обнаружен учеными в 1986 году и широко встречается в эукариотических клетках, включая организм человека. Хотя ученые изучают его уже около 40 лет, его конкретная биологическая функция до сих пор не подтверждена.
На этот раз исследовательская группа Anthropic обратила свое внимание на прокариотов и фагов, которые заражают бактерии, надеясь изучить механизм формирования этой загадочной белковой структуры с помощью более простых биологических систем.
В ходе исследования Клод сначала искал белки, связанные с Vault, в базе данных, содержащей около 15 миллиардов предсказанных белков, и обнаружил, что они были распространены в 29 типах бактерий и 4 типах архей, но появлялись менее чем у 1% видов, завершивших секвенирование генома.
Впоследствии исследовательская группа проверила 44 белка-кандидата и завершила проектирование конструкции ДНК и экспериментальную оптимизацию с помощью Клода. В конечном итоге исследователи обнаружили, что семь белков способны образовывать частицы, подобные Убежищу, и подтвердили структуру четырех частиц с помощью криоэлектронной микроскопии.
В центре внимания этого анализа находится фаговый белок L05. Исследователи обнаружили, что структура Vault, образованная в результате его сборки, содержит 96 идентичных белковых субъединиц, тогда как у человека Vault обычно состоит из 78 основных структурных белковых субъединиц.
Эта недавно открытая белковая структура имеет длину около 54 нанометров и ширину 45 нанометров. Хоть он и короче человеческого Убежища, его внутренний объем увеличивается примерно на 25%, поскольку его форма ближе к сфере.
Большего внимания заслуживает повышение эффективности научных исследований Клода.
Традиционная очистка частиц Убежища обычно занимает около 3 дней. Клод помог исследователям оптимизировать план эксперимента, используя эксклюзионную хроматографию, и предложил загрузить содержимое разрушенных клеток непосредственно в хроматографическую колонку, в конечном итоге сократив время от обработки клеток до подготовки образцов для микроскопии примерно до 90 минут.
В ходе последующего структурного анализа Клод вызвал программное обеспечение с открытым исходным кодом RELION через внутреннюю мультиагентную систему и использовал вычислительные ресурсы для обработки крио-ЭМ данных. Под руководством исследователей-людей команда получила первую полную структурную модель всего за 34 часа, а окончательная структурная карта была завершена примерно через неделю. По оценкам Anthropic, при использовании традиционных процессов работа обычно занимает недели.
Весь исследовательский проект длился менее 4 месяцев. Клод также помог исследователям разработать 15 вариантов белка и, дублируя некоторые повторяющиеся сегменты белка, успешно сконструировал частицы Vault с внутренним объемом, который в дальнейшем увеличился примерно на 20%.
Anthropic считает, что это исследование не только поможет понять механизм сборки сложных белковых структур, но также может обеспечить исследовательскую основу для будущего использования Vault в качестве наноносителя для доставки ферментов и других целей. Однако эти потенциальные применения еще не были доказаны на практике.
Исследование также выявило ограничения участия ИИ в научных экспериментах. Anthropic сообщила, что Клод однажды разработал проблемный протокол культивирования клеток, что привело к двухнедельной задержке проекта. При обработке данных ранней криоэлектронной микроскопии Клод также пропускал стандартные шаги для создания дефектной структурной карты, которая в конечном итоге была обнаружена и исправлена исследователями.
В Anthropic подчеркнули, что Клод не проводил все исследования самостоятельно, а брал на себя такие задачи, как поиск в базе данных, планирование экспериментов и обработку данных под руководством ученых. Исследователям все еще приходится делать выводы об экспериментальных протоколах и аналитических результатах.
Кроме того, исследовательская группа только сконструировала эти частицы Vault в системе E. coli в лаборатории и еще не доказала, что они будут образовываться в соответствующих природных бактериях или фагах. Истинная биологическая функция Убежища также остается неразгаданной загадкой.
Anthropic заявила, что соответствующие результаты исследований были представлены в bioRxiv в виде препринта и планируют в дальнейшем раскрывать структурную модель и экспериментальные данные.
Комментарии