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Anthropic afferma che Claude ha contribuito a mappare la struttura di un vault fagico
Anthropic presenta la struttura 3D di una particella vault costituita da una proteina di un batteriofago e prodotta in E. coli. La società afferma che Claude ha aiutato il team a cercare sequenze proteiche, isolare le particelle ed elaborar
AI.info Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Il laboratorio di ricerca biologica di Anthropic presenta la prima struttura 3D di una particella vault trovata in cellule procariotiche. La società ha pubblicato la scoperta il 4 novembre, descrivendo come Claude abbia assistito nella ricerca di sequenze, nell’isolamento delle particelle e nell’analisi strutturale. Il team afferma di non aver ancora determinato la funzione biologica delle particelle.
La particella è costituita da una proteina di un batteriofago, che i ricercatori chiamano L05, ed è stata prodotta all’interno di E. coli per essere studiata. I batteriofagi sono virus che infettano i batteri e le loro proteine sono prodotte all’interno delle cellule ospiti. Secondo i ricercatori, un vault in una cellula procariotica offre un sistema più semplice da studiare rispetto alle cellule di mammifero.
Il guscio di 96 proteine del vault L05
Il team ha utilizzato la microscopia crioelettronica per mappare la struttura, che contiene 96 copie di L05, ovvero 48 copie in ciascuna metà. Insieme, queste proteine hanno una massa di circa 9,5 megadalton. Secondo Anthropic, il vault dei mammiferi ha 39 copie per metà.
Il vault L05 misura all’incirca 54 nanometri di lunghezza e 45 di larghezza, contro i 67 per 40 nanometri dei vault dei mammiferi. La sua forma più corta e larga racchiude un volume superiore di circa il 25%, afferma la società. Sette segmenti ripetuti formano la parete del vault L05, mentre i vault dei mammiferi ne hanno nove; inoltre, le calotte terminali di L05 sono più piatte.
La calotta si chiude in tre fasi: in ogni gruppo di tre copie proteiche adiacenti, una termina alla prima fase, un’altra alla seconda e la terza raggiunge l’estremità. Le copie sono identiche lungo la parete, ma assumono forme diverse nella calotta. Anthropic descrive la particella come uno dei più grandi gusci proteici identificati nei procarioti.
Il ruolo di Claude nella ricerca e nell’isolamento delle particelle
Claude Science ha cercato in un database di circa 15 miliardi di proteine previste quelle imparentate con la proteina del vault. Anthropic ha trovato proteine correlate in 29 grandi gruppi di batteri e quattro gruppi di archei, ma in meno dell’1% delle specie con un genoma sequenziato. Il team ha selezionato 44 proteine da testare in un sistema privo di cellule.
Claude ha trasformato le sequenze proteiche selezionate in progetti di DNA adattati alla cellula ospite, mentre i ricercatori hanno scelto quali proteine testare. Il team ha trasferito quelle con i risultati migliori in E. coli vivi, dove 15 su 24 hanno prodotto proteine solubili. Al microscopio elettronico, sette delle 15 proteine risultavano assemblate in particelle simili a vault.
La crio-EM ha confermato la forma di vault per quattro di queste sette particelle: due provenienti da fagi e due da batteri. I ricercatori hanno scelto la proteina fagica L05 per un’analisi dettagliata perché era tra le migliori nel formare particelle complete e chiuse. Claude ha anche aiutato il team a sviluppare un metodo più rapido per isolare i vault.
Il metodo di purificazione convenzionale richiede circa tre giorni e utilizza una provetta con zucchero a densità crescente. Anthropic ha invece utilizzato la cromatografia a esclusione dimensionale, con Claude che ha raccomandato una colonna e metodi per tracciare la proteina e verificare la presenza delle particelle. Il metodo ottimizzato richiede circa 90 minuti per passare dalle cellule alla griglia per microscopia.
Per l’analisi strutturale, Claude ha configurato il software open source RELION ed eseguito le fasi di elaborazione sotto la direzione del team. Un primo modello completo era pronto in 34 ore e le mappe finali erano pronte circa una settimana dopo l’inizio dell’elaborazione. L’analisi crio-EM ha utilizzato centinaia di GPU in parallelo per risparmiare tempo.
Gusci ingegnerizzati e una molecola non identificata
I ricercatori hanno prodotto 15 versioni modificate della proteina L05, la maggior parte con cambiamenti nei punti in cui le copie adiacenti si toccano. Alcune singole modifiche vicino alla calotta hanno impedito la chiusura del guscio, producendo particelle aperte, simili a rosette, anziché vault sigillati. Anthropic afferma che i risultati mostrano come questa regione sia necessaria per sigillare il guscio.
Il team ha anche copiato due segmenti della parete, portando la proteina da sette segmenti ripetuti a nove. Queste proteine ingegnerizzate si sono assemblate in vault più grandi, con un aumento del volume racchiuso di circa il 20%. Secondo Anthropic, gli esperimenti dimostrano come i vault potrebbero aver cambiato dimensioni nel corso della loro storia evolutiva, duplicando parti della propria parete senza alterare il modo in cui si assemblano.
Una tasca in ciascuna delle 96 copie proteiche contiene una piccola molecola visibile nella mappa strutturale. Claude ha rilevato che la forma della molecola assomiglia a quella del coenzima A, ma i ricercatori non l’hanno identificata. La società afferma che, se la molecola fosse il coenzima A o qualcosa di simile, sarebbe un primo indizio su una possibile funzione.
Funzione e limiti sperimentali
Finora il team di Anthropic ha prodotto i vault solo in E. coli e non ha verificato se si formino nei batteri e nei fagi in cui le proteine sono presenti naturalmente. I ricercatori affermano che occorre ulteriore lavoro per determinare che cosa facciano le particelle. I vault sono stati studiati negli eucarioti, ma la loro funzione rimane ignota.
Il progetto ha anche messo in luce errori nelle indicazioni sperimentali di Claude: un protocollo prevedeva un additivo che interferiva con l’introduzione del DNA nelle cellule, ritardando il lavoro di due settimane. Nelle prime fasi dell’elaborazione crio-EM, Claude ha saltato un passaggio standard e prodotto una mappa errata, mescolata con la propria immagine speculare. Anthropic afferma che il team ha condiviso i propri appunti di laboratorio con i ricercatori che addestrano Claude e che il modello è migliorato nel corso del progetto.
La società afferma di pubblicare i risultati in anticipo e di aver inviato un preprint a bioRxiv. Anthropic prevede di rendere disponibili le strutture e ulteriori dati.