Anthropic gebruikt Claude om te laten zien dat bacteriële en faageiwitten vaults vormen

Anthropic maakte de resultaten bekend op 4 november 2026. Daaruit blijkt dat verwanten van het major vault-eiwit uit prokaryoten en bacteriofagen vaultdeeltjes kunnen vormen wanneer ze tot expressie worden gebracht in E. coli. Claude hielp het team een van bacteriofagen afgeleide schil in kaart te brengen met een nominale resolutie van 3,2 ångström.

Vaults zijn grote, holle eiwitschillen waarvan de biologische functie onbekend blijft. Verwante deeltjes produceren in bacteriën biedt onderzoekers een sneller groeiend systeem om hun assemblage, inhoud en oorsprong te onderzoeken. Anthropic beschrijft het resultaat met L05 als de eerste 3D-structuur van een vaultdeeltje dat in prokaryote cellen is aangetroffen. Het onderzoek brengt de assemblage en architectuur in kaart, maar laat de biologische functie onopgehelderd.

Van eiwitonderzoek naar bevestigde vaults

Met Claude Science doorzochten de onderzoekers een databank met ongeveer 15 miljard voorspelde eiwitten. Ze vonden homologen van het major vault-eiwit in 29 bacteriële stammen en vier archaeale stammen, hoewel deze eiwitten voorkwamen in minder dan 1% van de soorten waarvan het genoom was gesequencet. Uit de zoektocht bleek dus dat de eiwitten zeldzaam, maar wijdverspreid zijn.

De onderzoekers selecteerden 44 eiwitten om de expressie in een celvrij systeem te testen, voordat ze de meest veelbelovende kandidaten in E. coli inbrachten. Vijftien van de 24 kandidaten produceerden oplosbaar eiwit, en zeven van die vijftien vormden onder de elektronenmicroscoop vaultachtige deeltjes. Cryo-elektronenmicroscopie bevestigde de vaultvorm bij vier ervan: twee afkomstig van fagen en twee van bacteriën.

Het van een faag afkomstige L05-deeltje werd geselecteerd voor een gedetailleerde structurele analyse, omdat het een van de beste kandidaten was voor de vorming van volledige, gesloten deeltjes. Dankzij die selectie kon het project verdergaan dan het opsporen van tonvormige structuren op microscoopbeelden en onderzoeken hoe afzonderlijke eiwitketens op elkaar aansluiten en waar de schil kan worden aangepast.

De L05-schil aanpassen

L05 bevat 96 kopieën van één eiwit, verdeeld over twee helften met elk 48 kopieën. Vaults van zoogdieren bevatten 78 kopieën, met 39 in elke helft. Elk L05-eiwit heeft zeven zich herhalende wandsegmenten, tegenover negen bij het menselijke major vault-eiwit. De resulterende schil is korter en breder dan de menselijke vault, maar omsluit ongeveer 25% meer volume.

De kap sluit in drie stappen. Binnen elke groep van drie aangrenzende eiwitkopieën eindigt er één bij de eerste laag, een andere bij de tweede en loopt de derde door tot aan de punt. Langs de wand zijn de kopieën identiek, maar naarmate de kap smaller wordt, nemen ze verschillende conformaties aan.

Om te onderzoeken welke contacten noodzakelijk zijn voor de assemblage, maakte het team 15 aangepaste versies van L05, waarbij voornamelijk de plekken werden veranderd waar aangrenzende kopieën elkaar raken. Sommige afzonderlijke substituties vlak bij de naad van de wand of de kap leidden tot open, rozetvormige deeltjes of aggregaten in plaats van gesloten vaults. Zo werden gebieden geïdentificeerd die nodig zijn om de schil af te sluiten.

Door twee wandsegmenten te dupliceren, kreeg L05 negen herhalingen en ontstonden gesloten deeltjes met ongeveer 20% meer omsloten volume. De auteurs zien dit als bewijs dat duplicatie van herhalingen de grootte van een vault kan aanpassen zonder de assemblage te verhinderen. Dat biedt mogelijk een manier om nanocapsules met instelbare afmetingen te maken. Het inkapselen en afleveren van lading wordt voorgesteld als mogelijke richting voor verdere ontwikkeling; het aangetoonde resultaat is controle over de geometrie van de schil.

De rol van Claude en de beperkingen van het experiment

De onderzoekers selecteerden zelf de kandidaat-eiwitten. Claude zette de gekozen eiwitsequenties om in DNA-ontwerpen die waren afgestemd op de expressiehosts, voegde genregulerende sequenties toe en maakte de ontwerpen klaar om te bestellen.

Bij de zuivering was een van de duidelijkste tijdsverschillen te zien. Anthropic zegt dat de geoptimaliseerde methode voor grootte-uitsluitingschromatografie de tijd van cellen tot een microscopierooster terugbracht tot ongeveer 90 minuten, tegenover ongeveer drie dagen met de conventionele suikerdichtheidsgradiëntmethode die voor eukaryote vaults was ontwikkeld. In kolommen voor groottebepaling komen de deeltjes die te groot zijn om de poreuze korrels binnen te dringen als eerste naar buiten, terwijl kleinere moleculen langer worden opgehouden.

Claude pleitte aanvankelijk tegen deze aanpak, omdat eiwitaggregaten in hetzelfde uitgesloten volume naar buiten konden komen. Later hielp het bij het aanbevelen van een kolom, methoden om het eiwit te volgen en de vorming van deeltjes te controleren, en het rechtstreeks laden van de inhoud van opengebroken cellen zonder voorafgaande zuivering.

Voor de structurele verwerking werkte Claude binnen een intern multi-agentsysteem met interne rekenmiddelen. Het zette de open-sourceworkflow van RELION op en voerde die uit, terwijl onderzoekers de analytische beslissingen begeleidden. Anthropic meldt dat een eerste volledig model na 34 uur gereed was en dat de definitieve kaarten ongeveer een week na het begin van de verwerking klaar waren. Volgens de schatting zou het maken van een eerste model anders weken hebben geduurd. Het project duurde minder dan vier maanden.

Verschillende Claude-modellen en -interfaces, waaronder Claude Science en Claude Code, schreven de code voor het onderzoek en voerden de computationele analyses uit. De auteurs stuurden het werk aan en namen verantwoordelijkheid voor de inhoud. Volgens Anthropic konden de meeste stappen worden uitgevoerd door een doorsnee laboratorium met bestaande Claude-producten, hoewel voor de parallelle cryo-EM-analyse honderden GPU’s werden gebruikt, meer dan veel academische instellingen mogelijk tot hun beschikking hebben.

De workflow leidde ook tot aanzienlijke fouten. In een door Claude geschreven protocol stond een toevoeging aan het groeimedium die de introductie van DNA in cellen belemmerde, waardoor het project twee weken vertraging opliep. Bij een vroege cryo-EM-sessie werd een standaardstap overgeslagen, wat een gebrekkige kaart opleverde die met het spiegelbeeld ervan was vermengd. Anthropic deelde de laboratoriumnotities met onderzoekers die de modellen trainen en zegt dat latere Claude-modellen minder fouten leken te maken bij het ontwerpen van DNA en experimentele valkuilen effectiever leken te herkennen.

Elke kopie van het L05-eiwit bevat ook een holte met onopgeloste dichtheid die afkomstig is van een onbekend klein molecuul. Het technische rapport beschrijft een computationele zoektocht onder 25.000 moleculen, waarbij co-enzym A of een derivaat daarvan als kandidaat-ligand werd geïdentificeerd. Noch de identiteit van het molecuul, noch eventuele functionele implicaties zijn bevestigd.

De deeltjes zijn tot nu toe alleen geproduceerd in E. coli, en de onderzoekers hebben niet getest of ze ook worden gevormd in de bacteriën en faagvirussen waarin de eiwitten van nature voorkomen. Anthropic heeft het technische rapport ingediend bij bioRxiv en is van plan de structuren en aanvullende gegevens later beschikbaar te stellen.

De directe vooruitgang bestaat uit experimentele controle over een familie eiwitschillen die nu in bacteriën kunnen worden geproduceerd, in detail in kaart kunnen worden gebracht en door duplicatie van herhaalsequenties in grootte kunnen worden aangepast. De grotere vraag blijft biologisch: of dit eenvoudigere systeem en het onbekende ligand kunnen helpen verklaren wat vaults doen, en of de deeltjes zich samenvoegen in de organismen waarin hun genen van nature voorkomen.