Vault-частицы — это полые белковые оболочки, напоминающие бочки. Впервые их обнаружили в клетках млекопитающих в 1986 году. У человека такие комплексы состоят из 78 копий основного белка, которые образуют две симметричные половины. Vault встречаются у многих эукариот — организмов со сложными клетками, от грибов до человека. Ученые предполагают, что эти структуры могут переносить молекулы внутри клетки, защищать ее от токсичных веществ или участвовать в работе иммунной системы. При этом мыши, у которых отсутствуют vault, выживают и без них. Это может означать, что такие структуры нужны организму лишь в определённых условиях, но пока ученые не знают, в каких именно.
Исследователи Anthropic с помощью Claude проанализировали около 15 млрд белковых последовательностей и нашли потенциальных родственников vault у бактерий и архей.
Для экспериментов отобрали 44 белка. Claude перевел информацию об их строении в последовательности ДНК, которые затем использовали для получения белков в лаборатории. Сначала конструкции проверили в бесклеточной системе, а затем перенесли в бактерии E. coli. Из 24 проверенных вариантов 15 позволили получить растворимый белок. Семь из них сформировали частицы, похожие на vault. Криогенная электронная микроскопия подтвердила структуру четырех кандидатов. Два из них были получены из бактерий, два — из бактериофагов.
Для подробного анализа исследователи выбрали белок L05 из бактериофага. Он образует оболочку из 96 копий — по 48 в каждой половине частицы. Ее размеры — 54 × 45 нанометров, а молекулярная масса — 9,5 мегадальтона. Частица короче человеческих vault, но благодаря более сферической форме ее внутренний объем на 25% больше. Добавив в белок два повторяющихся сегмента, ученые получили более крупную частицу с увеличенным на 20% внутренним объемом. Кроме того, Claude обнаружил в каждой копии белка небольшую молекулу, которую пока не удалось идентифицировать.
Claude помогал не только искать белки, но и готовить ДНК-конструкции, выбирать методы очистки частиц и анализировать данные микроскопии. Например, с его участием команда разработала способ очистки белковых комплексов с помощью хроматографии. Благодаря этому процесс занял 90 минут вместо трех дней. Claude также настроил программу для анализа изображений криоэлектронной микроскопии и подготовил первую полную структурную модель за 34 часа. По оценке исследователей, традиционный анализ мог бы занять несколько недель.
Впрочем, в ходе работы Claude допускал ошибки. Один из компонентов предложенного им экспериментального протокола мешал доставить ДНК в клетки, из-за чего исследование задержалось на две недели. При анализе данных микроскопии модель пропустила стандартный этап обработки и построила неверную структуру. Исследователи исправили ошибки, а их лабораторные заметки передали команде Anthropic, которая занимается обучением Claude. В ходе проекта модель стала лучше готовить ДНК-конструкции и замечать возможные проблемы в экспериментах.
Несмотря на то что исследователи определили строение белковых комплексов, их функция остается неизвестной.
Пока ученым удалось получить такие частицы только в лабораторной бактерии E. coli. Теперь предстоит выяснить, какую роль vault играют в живых организмах и почему похожие комплексы встречаются у столь разных форм жизни. В Anthropic надеются, что изучение бактериальных вариантов поможет понять и функцию vault в клетках человека.
