Anthropic-forskere har ved hjelp av Claude kartlagt den første tredimensjonale strukturen til en «vault»-partikkel knyttet til bakterieliv. De hule, tønneformede proteinstrukturene har vært studert av biologer i nesten fire tiår, men den nøyaktige funksjonen i levende organismer er fortsatt ikke kjent.

Arbeidet kan gjøre det enklere å undersøke «vault»-strukturer som finnes i menneskeceller. Samtidig viser studien at Claude kan bidra til å korte ned flere deler av et biologisk forskningsløp, men at forskerne fortsatt må kontrollere resultatene og ta de endelige beslutningene.

En struktur bygget av 96 proteinkopier

Forskerne undersøkte en partikkel laget av et protein fra en bakteriofag. Bakteriofager er virus som infiserer bakterier og bruker bakterienes celler til å formere seg. Det valgte proteinet, L05, satte seg selv sammen til en komplett struktur bestående av 96 identiske kopier.

Partikkelen er rundt 54 nanometer lang og 45 nanometer bred. Den samlede molekylmassen er omtrent 9,5 megadalton. Selv om den er kortere enn «vault»-strukturene hos pattedyr, har den et innvendig volum som er rundt 25 prosent større.

«Vault»-partikler ble først identifisert i 1986 av Leonard Rome og Nancy Kedersha. De er blant de største proteinstrukturene i menneskeceller. «Vault» hos pattedyr består av 78 kopier av hovedproteinet, ordnet i to symmetriske halvdeler.

Den biologiske funksjonen er likevel ikke bevist. Forskere har foreslått at strukturene kan bidra til transport av stoffer i cellen, motstand mot legemidler eller beskyttelse mot påvirkning fra immunforsvaret. Ingen av disse funksjonene er endelig bekreftet i eksperimenter.

Strukturene finnes i en stor del av livets evolusjonstre, fra slimråtesopper til mennesker. Det kan tyde på at de har en viktig rolle, men forskningen kompliseres av at «vault» ikke finnes i mange av laboratorieorganismene som vanligvis brukes i biologiske studier.

Fant kandidater blant 15 milliarder sekvenser

Anthropic-teamet lette etter fjerne slektninger blant rundt 15 milliarder predikerte proteinsekvenser. Forskerne fant mulige «vault»-proteiner i 29 store bakteriegrupper og fire grupper av arkéer. Deretter testet de 44 kandidater i laboratoriet.

Av de 15 proteinene som lot seg fremstille, dannet sju partikler som lignet på «vault». Kryo-elektronmikroskopi, også kalt cryo-EM, bekreftet strukturene til fire kandidater. To stammet fra bakterier, mens to hadde opphav i bakteriofager.

For å undersøke hvordan partiklene kan vokse, endret forskerne L05-proteinet. Da de la til to gjentatte segmenter, oppsto en enda større partikkel. Det innelukkede volumet økte med rundt 20 prosent.

Eksperimentene tyder på at duplisering av proteiner kan ha hjulpet «vault»-strukturer med å utvikle ulike størrelser gjennom evolusjonen. Forsøkene viste også at små endringer i oppbygningen kan hindre partiklene i å lukke seg ordentlig.

Claude kortet ned flere arbeidsprosesser

Claude ble brukt i flere deler av arbeidet, fra leting etter egnede proteiner og utforming av DNA til rensing og analyse av mikroskopidata. En viktig tidsbesparelse kom da forskerne endret metoden for å isolere partiklene.

Tradisjonelle rensemetoder tar rundt tre dager. Teamet utviklet i stedet en kromatografibasert metode som reduserte prosessen til omtrent 90 minutter. Claude hjalp forskerne med å velge egnet utstyr og optimalisere den eksperimentelle prosedyren.

Systemet ble også brukt til å behandle cryo-EM-data. Den første komplette strukturmodellen ble ferdig på 34 timer. Teamet anslår at en vanlig analyse kunne ha tatt flere uker.

Claude arbeidet likevel ikke autonomt. Forskerne måtte overvåke systemet, rette opp feil og ta de endelige avgjørelsene underveis.

Feil forsinket arbeidet

Studien avdekket også begrensninger ved KI-systemet. I én eksperimentell protokoll ble det brukt et tilsetningsstoff som forstyrret overføringen av DNA inn i cellene. Feilen forsinket forskningen med to uker.

I et annet tilfelle laget Claude et unøyaktig strukturkart fordi systemet hoppet over ett standardtrinn i databehandlingen. Forskerne rettet opp problemene ved å styrke overvåkingen. De delte også feilene som ble oppdaget i laboratoriet, med utviklerne av Claude for å bidra til forbedringer av systemet.

Hovedspørsmålet – hva «vault»-partikler faktisk gjør i levende organismer – er fortsatt ubesvart. En av de opprinnelige oppdagerne, Leonard Rome, har beskrevet problemet som svært komplisert. Den nye strukturen gir forskerne en ny inngang til å lete etter svar, men biologien bak proteinene er fortsatt i stor grad uutforsket.