Anthropic ใช้ Claude แสดงให้เห็นว่าโปรตีนจากแบคทีเรียและเฟจประกอบกันเป็นวอลต์ได้

Anthropic รายงานผลการศึกษาเมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน 2026 โดยแสดงให้เห็นว่าโปรตีนที่มีความเกี่ยวข้องกับโปรตีนหลักของวอลต์ในโพรแคริโอตและแบคเทอริโอเฟจสามารถประกอบเป็นอนุภาควอลต์ได้เมื่อผลิตใน E. coli Claude ช่วยให้ทีมทำแผนผังเปลือกโปรตีนที่ได้จากแบคเทอริโอเฟจได้ โดยมีความละเอียดระบุไว้ที่ 3.2 อังสตรอม

วอลต์เป็นเปลือกโปรตีนกลวงขนาดใหญ่ ซึ่งยังไม่ทราบหน้าที่ทางชีวภาพ การผลิตอนุภาคที่เกี่ยวข้องในแบคทีเรียช่วยให้นักวิจัยมีระบบที่เติบโตเร็วกว่าเดิมสำหรับศึกษาการประกอบตัว องค์ประกอบภายใน และต้นกำเนิดของอนุภาคเหล่านี้ Anthropic ระบุว่าผลการศึกษา L05 เป็นโครงสร้างสามมิติชิ้นแรกของอนุภาควอลต์ที่พบในเซลล์โพรแคริโอต งานวิจัยนี้ยืนยันการประกอบตัวและสถาปัตยกรรมของโครงสร้าง แต่ยังไม่สามารถระบุหน้าที่ทางชีวภาพได้

จากการค้นหาโปรตีนสู่การยืนยันการมีอยู่ของวอลต์

นักวิจัยใช้ Claude Science ค้นฐานข้อมูลโปรตีนที่มีการทำนายไว้ประมาณ 15 พันล้านรายการ และพบโปรตีนโฮโมโลกของโปรตีนหลักของวอลต์ในไฟลัมแบคทีเรีย 29 ไฟลัม และไฟลัมอาร์เคีย 4 ไฟลัม แม้โปรตีนเหล่านี้จะพบในสปีชีส์ที่มีจีโนมผ่านการหาลำดับแล้วไม่ถึง 1% ก็ตาม ผลการค้นหาจึงแสดงให้เห็นว่าโปรตีนเหล่านี้พบได้น้อย แต่กระจายอยู่ในสิ่งมีชีวิตหลากหลายกลุ่ม

นักวิจัยคัดเลือกโปรตีน 44 ชนิดมาทดสอบการแสดงออกนอกเซลล์ ก่อนนำตัวเลือกที่มีแนวโน้มดีที่สุดไปทดลองใน E. coli ตัวเลือก 15 จาก 24 ชนิดผลิตโปรตีนที่ละลายได้ และ 7 จาก 15 ชนิดนั้นก่อตัวเป็นอนุภาคคล้ายวอลต์เมื่อตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอ-อิเล็กตรอนยืนยันรูปร่างวอลต์ใน 4 ชนิด โดย 2 ชนิดได้มาจากเฟจ และอีก 2 ชนิดได้มาจากแบคทีเรีย

นักวิจัยเลือกอนุภาค L05 ที่ได้จากเฟจมาวิเคราะห์โครงสร้างอย่างละเอียด เนื่องจากเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ก่อตัวเป็นอนุภาคปิดสนิทได้ดีที่สุด การเลือกนี้ทำให้โครงการก้าวพ้นจากการตรวจพบวัตถุทรงกระบอกในภาพจากกล้องจุลทรรศน์ ไปสู่การศึกษาว่าสายโปรตีนแต่ละสายประกอบเข้าด้วยกันอย่างไร และสามารถดัดแปลงเปลือกโปรตีนบริเวณใดได้บ้าง

การออกแบบเปลือก L05

L05 มีโปรตีนชนิดเดียวกัน 96 ชุด โดยจัดเรียงเป็นครึ่งละ 48 ชุด ส่วนวอลต์ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีโปรตีน 78 ชุด ครึ่งละ 39 ชุด โปรตีน L05 แต่ละชุดมีส่วนผนังที่เรียงซ้ำกัน 7 ส่วน ขณะที่โปรตีนหลักของวอลต์ในมนุษย์มี 9 ส่วน เปลือกที่ได้จึงเตี้ยและกว้างกว่าวอลต์ของมนุษย์ แต่มีปริมาตรภายในมากกว่าประมาณ 25%

ส่วนฝาปิดของโครงสร้างประกอบเข้าด้วยกันเป็น 3 ขั้น ภายในกลุ่มโปรตีนที่อยู่ติดกัน 3 ชุด ชุดหนึ่งสิ้นสุดที่ชั้นแรก อีกชุดสิ้นสุดที่ชั้นที่สอง และชุดที่สามทอดต่อไปจนถึงปลายสุด โปรตีนแต่ละชุดเหมือนกันตลอดแนวผนัง แต่มีรูปแบบโครงสร้างต่างกันเมื่อส่วนฝาปิดค่อย ๆ แคบลง

เพื่อศึกษาว่าจุดสัมผัสใดจำเป็นต่อการประกอบตัว ทีมวิจัยสร้าง L05 ที่ดัดแปลงแล้ว 15 รูปแบบ โดยส่วนใหญ่เปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่โปรตีนชุดข้างเคียงสัมผัสกัน การแทนที่กรดอะมิโนเพียงตำแหน่งเดียวบางแบบบริเวณรอยต่อของผนังหรือส่วนฝาปิด ทำให้เกิดอนุภาคเปิดที่มีลักษณะคล้ายดอกกุหลาบหรือเกิดการเกาะกลุ่ม แทนที่จะเป็นวอลต์ปิดสนิท จึงช่วยระบุบริเวณที่จำเป็นต่อการปิดผนึกเปลือก

การทำสำเนาส่วนผนัง 2 ส่วนทำให้ L05 มีส่วนที่เรียงซ้ำกัน 9 ส่วน และก่อให้เกิดอนุภาคปิดสนิทซึ่งมีปริมาตรภายในมากขึ้นประมาณ 20% ผู้เขียนตีความผลนี้ว่าเป็นหลักฐานว่าการทำสำเนาส่วนที่เรียงซ้ำกันสามารถปรับขนาดวอลต์ได้โดยไม่ขัดขวางการประกอบตัว และอาจเป็นแนวทางหนึ่งในการสร้างนาโนแคปซูลที่ปรับขนาดได้ การห่อหุ้มและนำส่งสารบรรทุกเป็นแนวทางการออกแบบที่เสนอไว้ ส่วนผลที่แสดงให้เห็นแล้วคือการควบคุมรูปทรงของเปลือก

บทบาทของ Claude และข้อจำกัดของการทดลอง

นักวิจัยเป็นผู้คัดเลือกโปรตีนที่ต้องการทดสอบด้วยตนเอง ส่วน Claude แปลงลำดับโปรตีนที่เลือกไว้เป็นแบบลำดับดีเอ็นเอที่ปรับให้เหมาะกับสิ่งมีชีวิตเจ้าบ้านสำหรับการแสดงออก เติมลำดับควบคุมยีน และจัดเตรียมแบบดังกล่าวเพื่อสั่งซื้อ

การทำให้บริสุทธิ์เป็นหนึ่งในขั้นตอนที่เห็นความแตกต่างด้านเวลาได้ชัดเจนที่สุด Anthropic ระบุว่าวิธีโครมาโทกราฟีแบบแยกตามขนาดที่ปรับให้เหมาะสม ช่วยลดเวลาตั้งแต่เริ่มจากเซลล์จนถึงการนำตัวอย่างขึ้นกริดสำหรับกล้องจุลทรรศน์เหลือประมาณ 90 นาที เทียบกับวิธีดั้งเดิมที่ใช้การไล่ระดับความเข้มข้นของน้ำตาล ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับวอลต์ของยูแคริโอตและใช้เวลาประมาณ 3 วัน ในคอลัมน์แยกตามขนาด อนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะเข้าไปในเม็ดพรุนจะเคลื่อนออกมาก่อน ขณะที่โมเลกุลขนาดเล็กจะออกมาช้ากว่า

ในช่วงแรก Claude คัดค้านแนวทางดังกล่าว โดยให้เหตุผลว่าก้อนโปรตีนที่เกาะกลุ่มกันอาจออกมาพร้อมกันในปริมาตรส่วนเดียวกัน ต่อมา Claude ช่วยแนะนำคอลัมน์ วิธีติดตามโปรตีนและตรวจสอบการก่อตัวของอนุภาค ตลอดจนการนำสารจากเซลล์ที่ทำให้แตกแล้วใส่ลงในคอลัมน์โดยตรง โดยไม่ต้องทำให้บริสุทธิ์ก่อน

สำหรับการประมวลผลโครงสร้าง Claude ทำงานภายในระบบประสานงานเอเจนต์หลายตัวที่พัฒนาขึ้นภายในองค์กร พร้อมใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์ภายใน Claude ตั้งค่าและดำเนินกระบวนการทำงาน RELION ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส ขณะที่นักวิจัยเป็นผู้กำกับการตัดสินใจด้านการวิเคราะห์ Anthropic รายงานว่าแบบจำลองฉบับสมบูรณ์ชุดแรกพร้อมใช้งานหลังผ่านไป 34 ชั่วโมง และได้แผนที่ฉบับสุดท้ายประมาณหนึ่งสัปดาห์หลังเริ่มประมวลผล โดยประเมินว่าหากไม่มีเครื่องมือดังกล่าว การสร้างแบบจำลองเบื้องต้นอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์ โครงการใช้เวลาน้อยกว่า 4 เดือน

Claude หลายรุ่นและอินเทอร์เฟซหลายรูปแบบ รวมถึง Claude Science และ Claude Code ใช้เขียนโค้ดและดำเนินการวิเคราะห์เชิงคำนวณสำหรับงานวิจัยนี้ โดยผู้เขียนเป็นผู้กำกับการทำงานและรับผิดชอบต่อเนื้อหา Anthropic ระบุว่าห้องปฏิบัติการทั่วไปส่วนใหญ่สามารถดำเนินขั้นตอนเกือบทั้งหมดได้โดยใช้ผลิตภัณฑ์ Claude ที่มีอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ไครโอ-อิเล็กตรอนแบบขนานใช้หน่วยประมวลผลกราฟิกหลายร้อยตัว ซึ่งเกินกว่าทรัพยากรที่สถาบันการศึกษาหลายแห่งอาจมี

เวิร์กโฟลว์นี้ยังทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่ส่งผลสำคัญด้วย โปรโตคอลฉบับหนึ่งที่ Claude เขียนระบุให้เติมสารลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ แต่สารดังกล่าวรบกวนการนำ DNA เข้าเซลล์ ทำให้โครงการล่าช้าไปสองสัปดาห์ การทดลองไครโอ-อีเอ็มในช่วงแรกข้ามขั้นตอนมาตรฐานไปขั้นหนึ่ง ส่งผลให้ได้แผนที่ที่บกพร่องและซ้อนทับกับภาพสะท้อนของตัวเอง Anthropic แชร์บันทึกจากห้องปฏิบัติการกับนักวิจัยด้านการฝึกโมเดล และระบุว่า Claude รุ่นต่อมาดูเหมือนจะทำข้อผิดพลาดในการออกแบบ DNA น้อยลง และระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในการทดลองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

โปรตีน L05 แต่ละสำเนายังมีช่องว่างที่มีความหนาแน่นซึ่งยังระบุไม่ได้ว่าเป็นโมเลกุลขนาดเล็กชนิดใด รายงานทางเทคนิคกล่าวถึงการค้นหาโมเลกุล 25,000 ชนิดด้วยวิธีคำนวณ ซึ่งพบว่าโคเอนไซม์ A หรืออนุพันธ์ของสารนี้อาจเป็นลิแกนด์ที่เป็นไปได้ ยังไม่มีการยืนยันทั้งอัตลักษณ์ของโมเลกุลหรือความหมายเชิงหน้าที่ใด ๆ

จนถึงขณะนี้ อนุภาคเหล่านี้ผลิตได้เฉพาะใน E. coli เท่านั้น และนักวิจัยยังไม่ได้ทดสอบว่าอนุภาคก่อตัวขึ้นในแบคทีเรียและฟาจที่พบโปรตีนเหล่านี้ตามธรรมชาติหรือไม่ Anthropic ส่งรายงานทางเทคนิคให้ bioRxiv แล้ว และมีแผนจะเผยแพร่โครงสร้างกับข้อมูลเพิ่มเติมในภายหลัง

ความก้าวหน้าในระยะใกล้คือการควบคุมการทดลองกับเปลือกโปรตีนตระกูลหนึ่งได้ โดยขณะนี้สามารถผลิตเปลือกเหล่านี้ในแบคทีเรีย ทำแผนที่อย่างละเอียด และปรับขนาดด้วยการทำซ้ำหน่วยซ้ำได้แล้ว คำถามใหญ่ที่ยังคงอยู่เป็นเรื่องทางชีววิทยา กล่าวคือ ระบบที่เรียบง่ายกว่านี้และลิแกนด์ที่ยังไม่ทราบชนิดจะช่วยอธิบายหน้าที่ของวอลต์ได้หรือไม่ และอนุภาคเหล่านี้ประกอบตัวขึ้นในสิ่งมีชีวิตที่มียีนของพวกมันตามธรรมชาติหรือไม่