Resumo:
Em 5 de novembro, a Anthropic anunciou os últimos resultados de seu modelo de IA Claude no campo da pesquisa biológica. Com a ajuda de Claude, a equipe de pesquisa da empresa resolveu pela primeira vez a estrutura tridimensional do Vault (partículas do Vault) construída em células procarióticas e encurtou o processo de purificação de partículas de proteína que originalmente levava cerca de 3 dias para 90 minutos. Claude também participou de muitos links de pesquisa científica, como pesquisa em bancos de dados de proteínas, projeto de construção de DNA e análise de dados de microscopia crioeletrônica.
Vault é um grande complexo proteico oco que foi descoberto pela primeira vez por cientistas em 1986 e é amplamente encontrado em células eucarióticas, incluindo o corpo humano. Embora os cientistas o estudem há cerca de 40 anos, sua função biológica específica ainda não foi confirmada.
Desta vez, a equipe de pesquisa da Antrópica voltou sua atenção para procariontes e fagos que infectam bactérias, na esperança de explorar o mecanismo de formação dessa misteriosa estrutura proteica por meio de sistemas biológicos mais simples.
Durante o processo de pesquisa, Claude primeiro procurou por proteínas relacionadas ao Vault em um banco de dados contendo aproximadamente 15 bilhões de proteínas previstas e descobriu que elas estavam distribuídas em 29 filos bacterianos e 4 filos arqueais, mas apareceram em menos de 1% das espécies que haviam completado o sequenciamento do genoma.
Posteriormente, a equipe de pesquisa selecionou 44 proteínas candidatas e concluiu o projeto de construção do DNA e a otimização experimental com a ajuda de Claude. Em última análise, os pesquisadores descobriram que sete das proteínas foram capazes de formar partículas semelhantes a Vault e confirmaram as estruturas de quatro partículas através de microscopia crioeletrônica.
O foco desta análise está em uma proteína derivada de fago chamada L05. Os pesquisadores descobriram que a estrutura do Vault formada por sua montagem contém 96 subunidades proteicas idênticas, enquanto o Vault humano é geralmente composto por 78 subunidades proteicas estruturais principais.
Esta estrutura de proteína recém-descoberta tem cerca de 54 nanômetros de comprimento e 45 nanômetros de largura. Embora seja mais curto que o Vault humano, seu volume interno aumenta cerca de 25% porque seu formato está mais próximo de uma esfera.
O que merece mais atenção é a melhoria de Claude na eficiência da pesquisa científica.
A purificação tradicional de partículas do Vault geralmente leva cerca de três dias. Claude auxiliou os pesquisadores na otimização do plano experimental, usando cromatografia de exclusão de tamanho, e propôs carregar o conteúdo das células quebradas diretamente na coluna cromatográfica, comprimindo o tempo desde o processamento das células até a preparação das amostras de microscopia para cerca de 90 minutos.
Na análise estrutural subsequente, Claude chamou o software de código aberto RELION por meio do sistema multiagente interno e usou recursos de computação para processar os dados crio-EM. Sob a orientação de pesquisadores humanos, a equipe obteve o primeiro modelo estrutural completo em apenas 34 horas, e o mapa estrutural final foi concluído cerca de uma semana depois. A Antrópica estima que o trabalho normalmente levaria semanas sob processos tradicionais.
Todo o projeto de pesquisa durou menos de 4 meses. Claude também ajudou os pesquisadores a projetar 15 variantes de proteínas e, ao duplicar alguns dos segmentos repetidos na proteína, construiu com sucesso partículas Vault com um volume interno que foi aumentado em cerca de 20%.
A Anthropic acredita que esta pesquisa não apenas ajudará a compreender o mecanismo de montagem de estruturas proteicas complexas, mas também poderá fornecer uma base de pesquisa para o uso futuro do Vault como nanocarreador para entrega de enzimas e outros fins. No entanto, estas aplicações potenciais ainda não foram comprovadas na prática.
A pesquisa também expôs as limitações da participação da IA em experimentos científicos. A Anthropic revelou que Claude certa vez projetou um protocolo problemático de cultura de células, o que causou um atraso de duas semanas no projeto. No processamento inicial de dados de microscopia crioeletrônica, Claude também pulou etapas padrão para gerar um mapa estrutural defeituoso, que acabou sendo descoberto e corrigido pelos pesquisadores.
A Anthropic enfatizou que Claude não concluiu todas as pesquisas de forma independente, mas realizou tarefas como pesquisa em bancos de dados, projeto experimental e processamento de dados sob a orientação de cientistas. Os pesquisadores ainda precisam fazer julgamentos sobre protocolos experimentais e resultados analíticos.
Além disso, a equipe de pesquisa construiu apenas essas partículas Vault no sistema E. coli em laboratório e ainda não provou que elas se formarão nas bactérias ou fagos naturais correspondentes. A verdadeira função biológica do Vault também permanece um mistério não resolvido.
A Anthropic afirmou que os resultados relevantes da pesquisa foram submetidos ao bioRxiv como uma pré-impressão e planeja divulgar ainda mais o modelo estrutural e os dados experimentais.
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