Anthropic pomocí Claude ukazuje, že bakteriální a fágové proteiny vytvářejí vaulty

Anthropic zveřejnil výsledky 4. listopadu 2026. Ukazují, že příbuzné proteiny hlavního vaultového proteinu z prokaryot a bakteriofágů se mohou po produkci v E. coli sestavovat do vaultových částic. Claude pomohl týmu určit strukturu jedné schránky odvozené od bakteriofága při nominálním rozlišení 3,2 Å.

Vaulty jsou velké duté proteinové schránky, jejichž biologická funkce zůstává neznámá. Produkce příbuzných částic v bakteriích poskytuje výzkumníkům rychleji rostoucí systém pro zkoumání jejich sestavování, obsahu a původu. Anthropic označuje výsledek týkající se L05 za první 3D strukturu vaultové částice nalezené v prokaryotických buňkách. Výzkum objasňuje sestavování a architekturu, biologická funkce však zůstává nevyřešenou otázkou.

Od hledání proteinů k potvrzení vaultů

Výzkumníci pomocí Claude Science prohledali databázi přibližně 15 miliard predikovaných proteinů. Našli homologní proteiny hlavního vaultového proteinu ve 29 bakteriálních kmenech a čtyřech archeálních kmenech, ačkoli se tyto proteiny vyskytovaly u méně než 1 % druhů se sekvenovanými genomy. Hledání tedy ukázalo, že tyto proteiny jsou vzácné, ale široce rozšířené.

Výzkumníci vybrali 44 proteinů k testování exprese v bezbuněčném systému, než nejperspektivnější kandidáty přenesli do E. coli. U patnácti z 24 kandidátů vznikl rozpustný protein a sedm z těchto 15 vytvořilo při elektronové mikroskopii částice podobné vaultům. Kryoelektronová mikroskopie potvrdila vaultový tvar u čtyř z nich: dvě pocházely z fágů a dvě z bakterií.

Částice L05 odvozená od fága byla vybrána k podrobné strukturální analýze, protože patřila k těm, které nejlépe vytvářely úplné, uzavřené částice. Díky tomuto výběru se projekt posunul od pouhého rozpoznávání soudkovitých útvarů na mikroskopických snímcích ke zkoumání toho, jak do sebe zapadají jednotlivé proteinové řetězce a kde lze schránku upravit.

Úpravy schránky L05

L05 obsahuje 96 kopií jednoho proteinu, uspořádaných po 48 kopiích v každé polovině. Savčí vaulty obsahují 78 kopií, po 39 v každé polovině. Každý protein L05 má sedm opakujících se segmentů stěny, zatímco hlavní lidský vaultový protein jich má devět. Výsledná schránka je kratší a širší než lidský vault, ale uzavírá přibližně o 25 % větší objem.

Jeho vrchlík se uzavírá ve třech krocích. V každé skupině tří sousedních kopií končí jedna v první úrovni, druhá ve druhé a třetí pokračuje až ke špičce. Podél stěny jsou tyto kopie totožné, ale při zužování vrchlíku zaujímají odlišné konformace.

Aby zjistil, které kontakty jsou pro sestavení nezbytné, vytvořil tým 15 pozměněných verzí L05, většinou změnou míst, kde se sousední kopie dotýkají. Některé jednotlivé substituce poblíž spoje stěny nebo vrchlíku vedly namísto uzavřených vaultů ke vzniku otevřených částic připomínajících růžice nebo k agregátům. Výzkumníci tak určili oblasti potřebné k uzavření schránky.

Zdvojením dvou segmentů stěny získal L05 devět opakujících se segmentů a vytvořil uzavřené částice s přibližně o 20 % větším vnitřním objemem. Autoři to interpretují jako důkaz, že zdvojením opakujících se segmentů lze měnit velikost vaultu, aniž by se zabránilo jeho sestavení, což představuje možnou cestu k nanokapslím s nastavitelnou velikostí. Zapouzdření a doprava nákladu jsou navrhované směry dalšího vývoje; prokázaným výsledkem je kontrola geometrie schránky.

Role Claude a omezení experimentu

Výzkumníci vybrali kandidátní proteiny sami. Claude převedl zvolené proteinové sekvence na návrhy DNA přizpůsobené hostitelským organismům, v nichž měly být exprimovány, doplnil regulační sekvence genů a připravil návrhy k objednání.

Jedno z nejvýraznějších časových srovnání se týkalo purifikace. Anthropic uvádí, že jeho optimalizovaná metoda chromatografie s vylučováním podle velikosti zkrátila dobu od buněk po mikroskopickou mřížku přibližně na 90 minut, ve srovnání s přibližně třemi dny u konvenční metody sacharózového gradientu vyvinuté pro eukaryotické vaulty. V kolonách pro určování velikosti částice příliš velké na to, aby vstoupily do porézních kuliček, vycházejí jako první, zatímco menší molekuly se zdrží.

Claude nejprve tento postup nedoporučoval, protože proteinové agregáty by mohly vycházet ve stejném vyloučeném objemu. Později pomohl doporučit kolonu, metody sledování proteinu a ověřování tvorby částic i přímé nanesení obsahu rozrušených buněk bez předchozí purifikace.

Při zpracování strukturních dat pracoval Claude v interním prostředí pro více agentů s interními výpočetními prostředky. Nastavil a spustil pracovní postup open-source softwaru RELION, zatímco výzkumníci určovali analytické postupy. Anthropic uvádí, že první úplný model byl připraven po 34 hodinách a finální mapy přibližně týden po zahájení zpracování. Odhaduje přitom, že vytvoření počátečního modelu by jinak trvalo týdny. Projekt trval méně než čtyři měsíce.

Různé modely a rozhraní Claude, včetně Claude Science a Claude Code, napsaly kód studie a provedly její výpočetní analýzy; autoři přitom práci řídili a převzali odpovědnost za její obsah. Anthropic uvádí, že většinu kroků by mohla provést běžná laboratoř s využitím stávajících produktů Claude, paralelní kryoelektronmikroskopická analýza však využila stovky grafických procesorů, které nemusí mít k dispozici řada akademických institucí.

Tento postup vedl také k závažným chybám. Jeden protokol vytvořený modelem Claude předepisoval přísadu do růstového média, která narušovala vnášení DNA do buněk, a projekt tak zdržela o dva týdny. Při jednom z prvních běhů kryoelektronové mikroskopie byl vynechán standardní krok, což vedlo ke vzniku chybné mapy smíšené s jejím zrcadlovým obrazem. Anthropic poskytla laboratorní poznámky svým výzkumníkům zabývajícím se trénováním modelů a uvádí, že pozdější modely Claude zřejmě dělaly méně chyb při navrhování DNA a účinněji odhalovaly úskalí experimentů.

Každá kopie proteinu L05 obsahuje také kapsu s nevyřešenou hustotou odpovídající neidentifikované malé molekule. Technická zpráva popisuje výpočetní prohledání 25 000 molekul, při němž byla jako možný ligand určena koenzym A nebo jeho derivát. Totožnost molekuly ani případné funkční důsledky nebyly potvrzeny.

Částice byly dosud vytvářeny pouze v E. coli a výzkumníci neověřovali, zda se tvoří v bakteriích a fágech, v nichž se tyto proteiny přirozeně vyskytují. Anthropic předložila technickou zprávu serveru bioRxiv a plánuje později zveřejnit struktury a další data.

Bezprostředním přínosem je možnost experimentálně ovládat skupinu proteinových schránek, které lze nyní vytvářet v bakteriích, podrobně zmapovat a měnit jejich velikost duplikováním opakujících se jednotek. Zásadní biologická otázka však zůstává: zda tento jednodušší systém a neidentifikovaný ligand pomohou objasnit funkci vaultů a zda se částice skládají v organismech, v nichž se jejich geny přirozeně vyskytují.