ИИ-модель Claude помогла Anthropic впервые описать загадочный белковый бочонок

Полый белковый бочонок, назначение которого биологи не могут объяснить с 1986 года, удалось собрать из белка простейших форм жизни. Биологическая лаборатория Anthropic вместе с ИИ-моделью Claude впервые построила трёхмерную структуру такой частицы: её собирает белок вируса, заражающего бактерии.

Почему это важно: до сих пор сводчатые частицы находили только у эукариот — организмов со сложными клетками, от слизевиков до человека. Бактерии растут быстро и устроены проще, поэтому искать на них ответ на сорокалетний вопрос — зачем клетке такая громоздкая конструкция — легче, чем на клетках млекопитающих.

Как нашли: команда отобрала гены родственных белков у бактерий и заражающих их вирусов, а затем заставила кишечную палочку производить эти белки. Семь белков из пятнадцати сами собрались в сводчатые частицы, и у четырёх из них микроскоп подтвердил ту же форму бочонка. Весь проект занял меньше четырёх месяцев.

Предыстория: частицу открыли в 1986 году Леонард Ром и Нэнси Кедерша. Под электронным микроскопом ребристая оболочка напомнила им сводчатый потолок собора — отсюда и название. Это один из крупнейших белковых комплексов в клетках нашего тела, примерно втрое тяжелее рибосомы. Что он делает, никто не знает: предлагали перенос молекул между ядром и остальной клеткой, защиту от ядовитых веществ вроде лекарств от рака, участие в иммунитете. Ни одна версия не подтвердилась, а мыши без таких частиц развиваются нормально.

Детали: найденная оболочка собрана из 96 копий одного белка бактериофага¹; команда дала этому белку обозначение L05. У млекопитающих копий 78. Фаговый бочонок короче и шире — около 54 нанометров в длину и 45 в ширину против 67 на 40 у млекопитающих, — но он более шарообразный и вмещает примерно на 25% больше. Исследователи сделали 15 изменённых версий белка. От некоторых одиночных замен у крышки оболочка переставала закрываться, а когда в стенку добавили два повторяющихся сегмента, частица выросла в объёме ещё примерно на 20%.

В цифрах: где Claude ускорила работу, по оценкам самой команды.

• Поиск родственных белков шёл по базе примерно из 15 млрд предсказанных белков: они нашлись в 29 крупных группах бактерий и четырёх группах архей², но меньше чем у 1% видов с прочитанным геномом.
• Выделение частиц заняло около 90 минут от клеток до сеточки для микроскопа вместо примерно трёх дней по обычному методу.
• Первая полная модель структуры была готова через 34 часа; вручную на это ушли бы недели.
• Окончательные карты частицы, по которым и строят трёхмерную модель, получили примерно через неделю после начала обработки снимков.

Но: частицы пока получали только в кишечной палочке. Образуются ли они в тех бактериях и вирусах, где эти белки встречаются в природе, команда ещё не проверяла. В посте в соцсети X компания отдельно назвала проект проверкой не только возможностей ИИ в науке, но и его ограничений. Claude сначала отговаривала команду от выбранного способа выделения частиц, а потом помогла его настроить. Написанный моделью протокол содержал добавку, которая мешает доставить ДНК в клетки, — проект потерял две недели. При обработке снимков Claude пропустила обычный шаг и выдала испорченную карту, наложенную на своё зеркальное отражение: «Давайте делать обычные вещи, если они не перестали работать», — ответили ей исследователи. Свои лабораторные записи команда передала специалистам, которые обучают Claude.

Что говорят: «Выяснить функцию этих частиц по-прежнему чрезвычайно трудно. Я рад, что у Anthropic столько хороших данных. Теперь над этой задачей будут работать и другие», — сказал Леонард Ром, тот самый первооткрыватель частицы, которого компания позвала консультантом по этой работе и оплатила его работу.

Интрига: в каждой из 96 копий белка есть карман с маленькой молекулой. На карте она видна чётко, но опознать её не удалось. Claude нашла, что по форме молекула похожа на кофермент A³. Если это он или что-то близкое, это был бы первый намёк на то, чем частица занимается.

Так уже было: 27 октября Anthropic показала результаты Claude в разработке лекарств — модель проектировала антитела у партнёров компании. Ещё раньше, 18 августа, компания сообщала, что Claude спроектировала белки-связыватели против 14 целей из 15, а сторонние лаборатории проверили их в опытах.

Что дальше: структуры и дополнительные данные компания обещает выложить позже. Препринт⁴ работы она выложила на своём сайте и подала в bioRxiv.

«Окажется ли, что все они делают одно и то же? Или мы увидим эволюционное развитие функции сводчатых частиц?»

Леонард Ром, открывший эти частицы в 1986 году