Résumé :
Le 5 novembre, Anthropic a annoncé les derniers résultats de son modèle d'IA Claude dans le domaine de la recherche biologique. Avec l'aide de Claude, l'équipe de recherche de la société a résolu pour la première fois la structure tridimensionnelle de Vault (particules de voûte) construite dans les cellules procaryotes et a raccourci le processus de purification des particules protéiques qui prenait initialement environ 3 jours à 90 minutes. Claude a également participé à de nombreux liens de recherche scientifique tels que la recherche de bases de données sur les protéines, la conception de construction d'ADN et l'analyse de données de cryomicroscopie électronique.
Vault est un grand complexe de protéines creuses qui a été découvert pour la première fois par des scientifiques en 1986 et que l'on trouve largement dans les cellules eucaryotes, y compris dans le corps humain. Bien que les scientifiques l’étudient depuis environ 40 ans, sa fonction biologique spécifique n’a pas encore été confirmée.
L'équipe de recherche d'Anthropic s'est cette fois tournée vers les procaryotes et les phages qui infectent les bactéries, dans l'espoir d'explorer le mécanisme de formation de cette mystérieuse structure protéique à travers des systèmes biologiques plus simples.
Au cours du processus de recherche, Claude a d'abord recherché des protéines liées à Vault dans une base de données contenant environ 15 milliards de protéines prédites, et a découvert qu'elles étaient distribuées dans 29 phylums bactériens et 4 phylums archéens, mais qu'elles apparaissaient dans moins de 1 % des espèces ayant terminé le séquençage du génome.
Par la suite, l'équipe de recherche a sélectionné 44 protéines candidates et réalisé la conception de la construction de l'ADN et l'optimisation expérimentale avec l'aide de Claude. En fin de compte, les chercheurs ont découvert que sept des protéines étaient capables de former des particules de type Vault et ont confirmé les structures de quatre particules par microscopie cryoélectronique.
Cette analyse se concentre sur une protéine dérivée d'un phage appelée L05. Les chercheurs ont découvert que la structure Vault formée par son assemblage contient 96 sous-unités protéiques identiques, alors que la structure Vault humaine est généralement composée de 78 sous-unités protéiques structurelles majeures.
Cette structure protéique récemment découverte mesure environ 54 nanomètres de long et 45 nanomètres de large. Bien qu'il soit plus court que la Voûte humaine, son volume interne augmente d'environ 25 % car sa forme est plus proche d'une sphère.
Ce qui mérite plus d'attention, c'est l'amélioration de l'efficacité de la recherche scientifique réalisée par Claude.
La purification traditionnelle des particules de Vault prend généralement environ 3 jours. Claude a aidé les chercheurs à optimiser le plan expérimental, en utilisant la chromatographie d'exclusion de taille, et a proposé de charger le contenu des cellules brisées directement dans la colonne chromatographique, réduisant ainsi le temps écoulé entre le traitement des cellules et la préparation des échantillons microscopiques à environ 90 minutes.
Dans l'analyse structurelle qui a suivi, Claude a appelé le logiciel open source RELION via le système multi-agent interne et a utilisé des ressources informatiques pour traiter les données cryo-EM. Sous la direction de chercheurs humains, l’équipe a obtenu le premier modèle structurel complet en seulement 34 heures, et la carte structurelle finale a été achevée environ une semaine plus tard. Anthropic estime que le travail prendrait généralement des semaines avec les processus traditionnels.
L'ensemble du projet de recherche a duré moins de 4 mois. Claude a également aidé les chercheurs à concevoir 15 variantes de protéines et, en dupliquant certains des segments répétés de la protéine, il a réussi à construire des particules Vault avec un volume interne qui a encore été augmenté d'environ 20 %.
Anthropic estime que cette recherche aidera non seulement à comprendre le mécanisme d'assemblage de structures protéiques complexes, mais pourrait également fournir une base de recherche pour une utilisation future de Vault comme nanoporteur pour l'administration d'enzymes et à d'autres fins. Cependant, ces applications potentielles n’ont pas encore été prouvées dans la pratique.
La recherche a également révélé les limites de la participation de l'IA aux expériences scientifiques. Anthropic a révélé que Claude avait conçu un protocole de culture cellulaire problématique, ce qui avait entraîné un retard de deux semaines dans le projet. Lors des premiers traitements de données de microscopie cryoélectronique, Claude a également sauté les étapes standard pour générer une carte structurelle défectueuse, qui a finalement été découverte et corrigée par les chercheurs.
Anthropic a souligné que Claude n'a pas réalisé toutes ses recherches de manière indépendante, mais a entrepris des tâches telles que la recherche dans des bases de données, la conception expérimentale et le traitement des données sous la direction de scientifiques. Les chercheurs doivent encore porter un jugement sur les protocoles expérimentaux et les résultats analytiques.
De plus, l'équipe de recherche a construit ces particules Vault uniquement dans le système E. coli en laboratoire et n'a pas encore prouvé qu'elles se formeraient dans les bactéries ou phages naturels correspondants. La véritable fonction biologique de Vault reste également un mystère non résolu.
Anthropic a déclaré que les résultats de recherche pertinents ont été soumis à bioRxiv sous forme de prépublication et prévoit de divulguer davantage le modèle structurel et les données expérimentales.
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