Resumen:
El 5 de noviembre, Anthropic anunció los últimos resultados de su modelo de IA Claude en el campo de la investigación biológica. Con la ayuda de Claude, el equipo de investigación de la compañía resolvió por primera vez la estructura tridimensional de Vault (partículas de bóveda) construidas en células procarióticas y acortó el proceso de purificación de partículas de proteínas que originalmente tomaba alrededor de 3 días a 90 minutos. Claude también participó en muchos vínculos de investigación científica, como la búsqueda de bases de datos de proteínas, el diseño de la construcción de ADN y el análisis de datos de microscopía crioelectrónica.
Vault es un gran complejo proteico hueco que fue descubierto por primera vez por científicos en 1986 y se encuentra ampliamente en las células eucariotas, incluido el cuerpo humano. Aunque los científicos lo estudian desde hace unos 40 años, su función biológica específica aún no ha sido confirmada.
Esta vez el equipo de investigación de Anthropic centró su atención en los procariotas y fagos que infectan bacterias, con la esperanza de explorar el mecanismo de formación de esta misteriosa estructura proteica a través de sistemas biológicos más simples.
Durante el proceso de investigación, Claude buscó por primera vez proteínas relacionadas con Vault en una base de datos que contenía aproximadamente 15 mil millones de proteínas predichas y descubrió que estaban distribuidas en 29 filos bacterianos y 4 filos arqueales, pero aparecían en menos del 1 % de las especies que habían completado la secuenciación del genoma.
Posteriormente, el equipo de investigación examinó 44 proteínas candidatas y completó el diseño de la construcción del ADN y la optimización experimental con la ayuda de Claude. Finalmente, los investigadores descubrieron que siete de las proteínas podían formar partículas similares a bóvedas y confirmaron las estructuras de cuatro partículas mediante microscopía crioelectrónica.
El foco de este análisis está en una proteína derivada de fagos llamada L05. Los investigadores descubrieron que la estructura de Vault formada por su ensamblaje contiene 96 subunidades de proteínas idénticas, mientras que la Vault humana suele estar compuesta por 78 subunidades de proteínas estructurales principales.
Esta estructura proteica recién descubierta tiene aproximadamente 54 nanómetros de largo y 45 nanómetros de ancho. Aunque es más corta que la Bóveda humana, su volumen interno aumenta aproximadamente un 25% porque su forma se acerca más a una esfera.
Lo que merece más atención es la mejora de Claude en la eficiencia de la investigación científica.
La purificación de partículas tradicional de Vault suele tardar unos 3 días. Claude ayudó a los investigadores a optimizar el plan experimental, utilizando cromatografía de exclusión por tamaño, y propuso cargar el contenido de las células rotas directamente en la columna cromatográfica, lo que finalmente redujo el tiempo desde el procesamiento celular hasta la preparación de muestras de microscopía a aproximadamente 90 minutos.
En el análisis estructural posterior, Claude llamó al software de código abierto RELION a través del sistema interno de múltiples agentes y utilizó recursos informáticos para procesar los datos crio-EM. Bajo la dirección de investigadores humanos, el equipo obtuvo el primer modelo estructural completo en sólo 34 horas, y el mapa estructural final se completó aproximadamente una semana después. Anthropic estima que el trabajo normalmente llevaría semanas con los procesos tradicionales.
Todo el proyecto de investigación duró menos de 4 meses. Claude también ayudó a los investigadores a diseñar 15 variantes de proteínas y, al duplicar algunos de los segmentos repetidos de la proteína, construyó con éxito partículas Vault con un volumen interno que aumentó aún más en aproximadamente un 20 %.
Anthropic cree que esta investigación no solo ayudará a comprender el mecanismo de ensamblaje de estructuras proteicas complejas, sino que también puede proporcionar una base de investigación para el uso futuro de Vault como nanoportador para la administración de enzimas y otros fines. Sin embargo, estas posibles aplicaciones aún no se han demostrado en la práctica.
La investigación también expuso las limitaciones de la participación de la IA en experimentos científicos. Anthropic reveló que Claude diseñó una vez un protocolo de cultivo celular problemático, lo que provocó un retraso de dos semanas en el proyecto. En los primeros procesos de procesamiento de datos de microscopía crioelectrónica, Claude también se saltó los pasos estándar para generar un mapa estructural defectuoso, que finalmente fue descubierto y corregido por los investigadores.
Anthropic enfatizó que Claude no completó toda la investigación de forma independiente, sino que llevó a cabo tareas como la búsqueda en bases de datos, el diseño experimental y el procesamiento de datos bajo la guía de científicos. Los investigadores todavía necesitan emitir juicios sobre los protocolos experimentales y los resultados analíticos.
Además, el equipo de investigación solo ha construido estas partículas de Vault en el sistema de E. coli en el laboratorio y aún no ha demostrado que se formarán en las bacterias o fagos naturales correspondientes. La verdadera función biológica de Vault también sigue siendo un misterio sin resolver.
Anthropic declaró que los resultados de la investigación relevante se han enviado a bioRxiv como preimpresión y planea divulgar aún más el modelo estructural y los datos experimentales.
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