要約:
11 月 5 日、Anthropic は、生物学研究分野における AI モデル Claude の最新の結果を発表しました。同社の研究チームはクロード氏の協力を得て、原核細胞に構築されたVault（ボールト粒子）の三次元構造を初めて解明し、当初約3日かかっていたタンパク質粒子の精製プロセスを90分に短縮した。クロードはまた、タンパク質データベースの検索、DNA 構築設計、極低温電子顕微鏡データ分析などの多くの科学研究リンクにも参加しました。
Vault は、1986 年に科学者によって初めて発見された大きな中空のタンパク質複合体で、人体を含む真核細胞に広く存在します。科学者たちは約40年間研究してきましたが、その具体的な生物学的機能はまだ確認されていません。
人類研究チームは今回、細菌に感染する原核生物とファージに注目し、より単純な生物学的システムを通じてこの神秘的なタンパク質構造の形成メカニズムを探求したいと考えました。
研究の過程で、クロードはまず、約 150 億の予測タンパク質を含むデータベースで Vault 関連タンパク質を検索し、それらが 29 の細菌門と 4 つの古細菌門に分布しているが、ゲノム配列決定が完了した種の 1% 未満に出現していることを発見しました。
その後、研究チームは 44 の候補タンパク質をスクリーニングし、クロードの支援を受けて DNA 構築設計と実験の最適化を完了しました。最終的に研究者らは、タンパク質のうち 7 つが Vault 状の粒子を形成できることを発見し、極低温電子顕微鏡で 4 つの粒子の構造を確認しました。
この分析の焦点は、L05 と呼ばれるファージ由来のタンパク質にあります。研究者らは、ヒトのVaultが通常78の主要な構造タンパク質サブユニットで構成されているのに対し、その集合によって形成されたVault構造には96個の同一のタンパク質サブユニットが含まれていることを発見した。
この新たに発見されたタンパク質構造は、長さが約 54 ナノメートル、幅が約 45 ナノメートルです。人間のVaultよりも短いですが、形状が球に近いため内容積が約25%増加します。
さらに注目に値するのは、クロードの科学研究効率の向上です。
従来の Vault 粒子の精製には通常、約 3 日かかります。クロード氏は、サイズ排除クロマトグラフィーを使用して研究者が実験計画を最適化するのを支援し、壊れた細胞の内容物をクロマトグラフィーカラムに直接ロードすることを提案し、最終的に細胞の処理から顕微鏡サンプルの調製までの時間を約 90 分に短縮しました。
その後の構造解析では、クロードは内部マルチエージェント システムを通じてオープンソース ソフトウェア RELION を呼び出し、コンピューティング リソースを使用してクライオ EM データを処理しました。人間の研究者の指導の下、チームはわずか 34 時間で最初の完全な構造モデルを取得し、約 1 週間後に最終的な構造マップが完成しました。 Anthropic 社は、従来のプロセスでは通常、この作業に数週間かかると見積もっています。
研究プロジェクト全体の期間は 4 か月未満でした。クロードはまた、研究者が 15 種類のタンパク質変異体の設計を支援し、タンパク質内の反復セグメントの一部を複製することで、内部容積がさらに約 20% 増加した Vault 粒子の構築に成功しました。
Anthropic は、この研究が複雑なタンパク質構造の組み立てメカニズムの理解に役立つだけでなく、酵素送達やその他の目的のためのナノキャリアとして Vault を将来使用するための研究基盤を提供する可能性があると考えています。ただし、これらの潜在的なアプリケーションは実際にはまだ証明されていません。
この研究は、科学実験に参加する AI の限界も明らかにしました。 Anthropic は、クロードがかつて問題のある細胞培養プロトコルを設計し、それがプロジェクトに 2 週間の遅れを引き起こしたことを明らかにしました。初期のクライオ電子顕微鏡データ処理においても、クロードは欠陥のある構造マップを生成するための標準的な手順を省略しましたが、最終的にはそれが研究者によって発見され、修正されました。
アントロピック氏は、クロードがすべての研究を単独で完了したわけではなく、科学者の指導の下でデータベース検索、実験計画、データ処理などの作業を行ったと強調しました。研究者は依然として実験プロトコルと分析結果について判断する必要があります。
さらに、研究チームはこれらの Vault 粒子を実験室の大腸菌系で構築しただけであり、それらが対応する天然の細菌やファージ内で形成されることはまだ証明していません。 Vault の真の生物学的機能も未解決の謎のままです。
Anthropic は、関連する研究結果がプレプリントとして bioRxiv に提出されており、構造モデルと実験データをさらに公開する予定であると述べました。
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