Anthropic nutzt Claude, um zu zeigen, dass bakterielle und Phagenproteine Vaults bilden

Anthropic berichtete am 4. November 2026 über die Ergebnisse. Sie zeigen, dass Verwandte des Major-Vault-Proteins aus Prokaryoten und Bakteriophagen Vault-Partikel bilden können, wenn sie in E. coli produziert werden. Claude half dem Team, eine Hülle bakteriophagischen Ursprungs mit einer nominellen Auflösung von 3,2 Ångström zu kartieren.

Vaults sind große, hohle Proteinhüllen, deren biologische Funktion weiterhin unbekannt ist. Die Herstellung verwandter Partikel in Bakterien bietet Forschenden ein schneller wachsendes System, um ihre Entstehung, ihre Bestandteile und ihren Ursprung zu untersuchen. Anthropic bezeichnet das L05-Ergebnis als die erste 3D-Struktur eines in prokaryotischen Zellen gefundenen Vault-Partikels. Die Arbeit klärt den Zusammenbau und die Architektur, lässt die biologische Funktion jedoch ungeklärt.

Von der Proteinsuche zu bestätigten Vaults

Mit Claude Science durchsuchten die Forschenden eine Datenbank mit etwa 15 Milliarden vorhergesagten Proteinen. Sie fanden Homologe des Major-Vault-Proteins in 29 Bakterien- und vier Archaeenstämmen, obwohl diese Proteine bei weniger als 1 % der Arten mit sequenzierten Genomen vorkamen. Die Suche zeigte somit, dass die Proteine selten, aber weit verbreitet sind.

Die Forschenden wählten 44 Proteine aus, um ihre zellfreie Expression zu testen, bevor sie die aussichtsreichsten Kandidaten in E. coli einbrachten. Bei 15 von 24 Kandidaten entstand lösliches Protein, und sieben dieser 15 bildeten unter dem Elektronenmikroskop vaultähnliche Partikel. Die Kryo-Elektronenmikroskopie bestätigte bei vier davon die Vault-Form: zwei stammten von Phagen und zwei von Bakterien.

Das L05-Partikel phagenbakteriellen Ursprungs wurde für eine detaillierte Strukturanalyse ausgewählt, weil es zu den besten bei der Bildung vollständiger, geschlossener Partikel gehörte. Damit ging das Projekt über den bloßen Nachweis tonnenförmiger Objekte in Mikroskopaufnahmen hinaus und untersuchte, wie einzelne Proteinketten zusammenpassen und an welchen Stellen sich die Hülle verändern ließe.

Konstruktion der L05-Hülle

L05 besteht aus 96 Kopien eines Proteins, je 48 in jeder Hälfte. Säugetier-Vaults bestehen aus 78 Kopien, je 39 in jeder Hälfte. Jedes L05-Protein hat sieben sich wiederholende Wandsegmente, verglichen mit neun beim menschlichen Major-Vault-Protein. Die entstehende Hülle ist kürzer und breiter als der menschliche Vault, umschließt aber etwa 25 % mehr Volumen.

Seine Kappe schließt sich in drei Schritten. Innerhalb jeder Gruppe aus drei benachbarten Proteinkopien endet eine auf der ersten Ebene, eine weitere auf der zweiten, und die dritte reicht bis zur Spitze. Entlang der Wand sind die Kopien identisch, nehmen jedoch unterschiedliche Konformationen an, wenn sich die Kappe verjüngt.

Um zu untersuchen, welche Kontakte für den Zusammenbau erforderlich sind, stellte das Team 15 veränderte L05-Versionen her und veränderte dabei meist Stellen, an denen sich benachbarte Kopien berühren. Einige einzelne Aminosäureaustausche nahe der Wandnaht oder der Kappe führten zu offenen, rosettenartigen Partikeln oder Aggregaten statt zu geschlossenen Vaults. Dadurch ließen sich Bereiche bestimmen, die zum Verschließen der Hülle benötigt werden.

Durch die Verdopplung zweier Wandsegmente erhielt L05 neun Wiederholungen und bildete geschlossene Partikel mit etwa 20 % mehr umschlossenem Volumen. Die Autorinnen und Autoren verstehen dies als Hinweis darauf, dass sich die Größe eines Vaults durch die Verdopplung von Wiederholungen anpassen lässt, ohne den Zusammenbau zu verhindern. Dies könnte einen Weg zu größenverstellbaren Nanokapseln eröffnen. Die Verkapselung und Abgabe von Fracht werden als mögliche technische Entwicklungsrichtungen vorgeschlagen; nachgewiesen wurde die Kontrolle über die Geometrie der Hülle.

Claudes Rolle und die Grenzen des Experiments

Die Forschenden wählten die Proteinkandidaten selbst aus. Claude wandelte die ausgewählten Proteinsequenzen in DNA-Entwürfe um, die auf ihre jeweiligen Expressionswirte zugeschnitten waren, fügte Genregulationssequenzen hinzu und bereitete die Entwürfe für die Bestellung vor.

Bei der Aufreinigung zeigte sich einer der deutlichsten Zeitunterschiede. Anthropic zufolge verkürzte die optimierte Größenausschlusschromatographie den Weg von den Zellen bis zum Mikroskopiegitter auf etwa 90 Minuten. Mit der herkömmlichen Zuckerdichtegradientenmethode, die für eukaryotische Vaults entwickelt wurde, dauerte es dagegen etwa drei Tage. In Größenausschlusssäulen treten Partikel, die zu groß sind, um in die porösen Kügelchen einzudringen, zuerst aus; kleinere Moleküle werden dagegen zurückgehalten.

Claude sprach sich zunächst gegen diesen Ansatz aus, weil Proteinaggregate im selben ausgeschlossenen Volumen austreten könnten. Anschließend half Claude dabei, eine Säule sowie Methoden zur Verfolgung des Proteins und zur Überprüfung der Partikelbildung zu empfehlen und den direkten Einsatz des Inhalts aufgebrochener Zellen ohne vorherige Aufreinigung vorzuschlagen.

Für die strukturelle Verarbeitung arbeitete Claude in einem internen Multi-Agenten-Framework mit internen Rechenressourcen. Claude richtete den Open-Source-Arbeitsablauf RELION ein und führte ihn aus, während die Forschenden die analytischen Entscheidungen vorgaben. Anthropic berichtet, dass nach 34 Stunden ein erstes vollständiges Modell vorlag und die endgültigen Karten etwa eine Woche nach Beginn der Verarbeitung fertig waren. Zugleich schätzt das Unternehmen, dass die Erstellung eines ersten Modells andernfalls Wochen gedauert hätte. Das Projekt dauerte weniger als vier Monate.

Verschiedene Claude-Modelle und -Schnittstellen, darunter Claude Science und Claude Code, verfassten den Code der Studie und führten ihre computergestützten Analysen durch. Die Autorinnen und Autoren leiteten die Arbeit und übernahmen die Verantwortung für den Inhalt. Anthropic zufolge ließen sich die meisten Arbeitsschritte in einem typischen Labor mit vorhandenen Claude-Produkten durchführen. Für die parallele Kryo-Elektronenmikroskopie-Analyse kamen jedoch Hunderte GPUs zum Einsatz – mehr, als vielen akademischen Einrichtungen möglicherweise zur Verfügung stehen.

Der Arbeitsablauf führte auch zu folgenreichen Fehlern. In einem von Claude verfassten Protokoll wurde ein Zusatz für das Nährmedium angegeben, der die Übertragung von DNA in Zellen störte und das Projekt um zwei Wochen verzögerte. Bei einem frühen Kryo-EM-Lauf wurde ein standardmäßiger Arbeitsschritt ausgelassen. Dadurch entstand eine fehlerhafte Karte, die mit ihrem Spiegelbild überlagert war. Anthropic teilte die Labornotizen mit seinen Forschenden für das Modelltraining und erklärt, spätere Claude-Modelle hätten offenbar seltener Fehler beim DNA-Design gemacht und experimentelle Fallstricke besser erkannt.

Jede L05-Proteinkopie enthält außerdem eine Tasche mit nicht zugeordneter Dichte, die von einem unbekannten kleinen Molekül stammt. Der technische Bericht beschreibt eine computergestützte Suche unter 25.000 Molekülen, bei der Coenzym A oder ein Derivat als möglicher Ligand identifiziert wurde. Weder die Identität des Moleküls noch mögliche funktionelle Auswirkungen wurden bestätigt.

Die Partikel wurden bislang nur in E. coli hergestellt. Die Forschenden haben nicht untersucht, ob sie sich auch in den Bakterien und Phagen bilden, in denen die Proteine natürlicherweise vorkommen. Anthropic hat den technischen Bericht bei bioRxiv eingereicht und plant, die Strukturen und weitere Daten später zu veröffentlichen.

Der unmittelbare Fortschritt besteht darin, dass sich eine Familie von Proteinhüllen nun experimentell kontrollieren lässt: Sie können in Bakterien hergestellt, detailliert kartiert und durch die Duplikation von Wiederholungseinheiten in ihrer Größe verändert werden. Die größere Frage bleibt biologischer Natur: Können dieses einfachere System und der unbekannte Ligand dazu beitragen, die Funktion der Vaults zu erklären, und setzen sich die Partikel in den Organismen zusammen, in denen ihre Gene natürlicherweise vorkommen?