Riassunto:
Il 5 novembre Anthropic ha annunciato gli ultimi risultati del suo modello di intelligenza artificiale Claude nel campo della ricerca biologica. Con l'assistenza di Claude, il gruppo di ricerca dell'azienda ha risolto per la prima volta la struttura tridimensionale della Vault (particelle della volta) costruita nelle cellule procariotiche e ha accorciato il processo di purificazione delle particelle proteiche che originariamente richiedeva da circa 3 giorni a 90 minuti. Claude ha anche partecipato a numerosi collegamenti di ricerca scientifica come la ricerca nel database delle proteine, la progettazione della costruzione del DNA e l'analisi dei dati al microscopio crioelettronico.
Vault è un grande complesso proteico cavo scoperto per la prima volta dagli scienziati nel 1986 ed è ampiamente presente nelle cellule eucariotiche, compreso il corpo umano. Sebbene gli scienziati lo studino da circa 40 anni, la sua funzione biologica specifica non è stata ancora confermata.
Questa volta il team di ricerca di Anthropic ha rivolto la sua attenzione ai procarioti e ai fagi che infettano i batteri, sperando di esplorare il meccanismo di formazione di questa misteriosa struttura proteica attraverso sistemi biologici più semplici.
Durante il processo di ricerca, Claude ha prima cercato le proteine correlate a Vault in un database contenente circa 15 miliardi di proteine previste e ha scoperto che erano distribuite in 29 phyla batterici e 4 phyla archaeali, ma apparivano in meno dell'1% delle specie che avevano completato il sequenziamento del genoma.
Successivamente, il team di ricerca ha esaminato 44 proteine candidate e ha completato la progettazione della costruzione del DNA e l'ottimizzazione sperimentale con l'assistenza di Claude. Alla fine, i ricercatori hanno scoperto che sette proteine erano in grado di formare particelle simili a Vault e hanno confermato le strutture di quattro particelle attraverso la microscopia crioelettronica.
Il focus di questa analisi è su una proteina derivata dai fagi chiamata L05. I ricercatori hanno scoperto che la struttura del Vault formata dal suo assemblaggio contiene 96 subunità proteiche identiche, mentre il Vault umano è solitamente composto da 78 principali subunità proteiche strutturali.
Questa struttura proteica recentemente scoperta è lunga circa 54 nanometri e larga 45 nanometri. Sebbene sia più corto della Volta umana, il suo volume interno aumenta di circa il 25% perché la sua forma è più vicina a una sfera.
Ciò che merita maggiore attenzione è il miglioramento dell'efficienza della ricerca scientifica operato da Claude.
La purificazione tradizionale delle particelle del Vault richiede solitamente circa 3 giorni. Claude ha assistito i ricercatori nell'ottimizzazione del piano sperimentale, utilizzando la cromatografia ad esclusione dimensionale, e ha proposto di caricare il contenuto delle cellule rotte direttamente nella colonna cromatografica, comprimendo infine il tempo dall'elaborazione delle cellule alla preparazione dei campioni microscopici a circa 90 minuti.
Nella successiva analisi strutturale, Claude ha chiamato il software open source RELION attraverso il sistema multi-agente interno e ha utilizzato risorse di calcolo per elaborare i dati crio-EM. Sotto la guida di ricercatori umani, il team ha ottenuto il primo modello strutturale completo in sole 34 ore e la mappa strutturale finale è stata completata circa una settimana dopo. Anthropic stima che il lavoro richiederebbe normalmente settimane con i processi tradizionali.
L'intero progetto di ricerca è durato meno di 4 mesi. Claude ha anche aiutato i ricercatori a progettare 15 varianti proteiche e, duplicando alcuni dei segmenti ripetuti nella proteina, è riuscito a costruire con successo particelle Vault con un volume interno ulteriormente aumentato di circa il 20%.
Anthropic ritiene che questa ricerca non solo aiuterà a comprendere il meccanismo di assemblaggio di strutture proteiche complesse, ma potrebbe anche fornire una base di ricerca per l'uso futuro di Vault come nanocarrier per la distribuzione di enzimi e altri scopi. Tuttavia, queste potenziali applicazioni non sono ancora state dimostrate nella pratica.
La ricerca ha inoltre messo in luce i limiti della partecipazione dell'IA agli esperimenti scientifici. Anthropic ha rivelato che Claude una volta aveva progettato un protocollo di coltura cellulare problematico, che aveva causato un ritardo di due settimane nel progetto. Nella prima elaborazione dei dati della microscopia crioelettronica, Claude ha anche saltato i passaggi standard per generare una mappa strutturale difettosa, che alla fine è stata scoperta e corretta dai ricercatori.
Anthropic ha sottolineato che Claude non ha completato tutte le ricerche in modo indipendente, ma ha intrapreso attività come la ricerca nel database, la progettazione sperimentale e l'elaborazione dei dati sotto la guida di scienziati. I ricercatori devono ancora esprimere giudizi sui protocolli sperimentali e sui risultati analitici.
Inoltre, il team di ricerca ha costruito queste particelle Vault solo nel sistema E. coli in laboratorio e non ha ancora dimostrato che si formino nei corrispondenti batteri o fagi naturali. Anche la vera funzione biologica del Vault rimane un mistero irrisolto.
Anthropic ha dichiarato che i risultati della ricerca rilevanti sono stati presentati a bioRxiv come prestampa e prevede di divulgare ulteriormente il modello strutturale e i dati sperimentali.
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