Anthropic використовує Claude, щоб показати, як білки бактерій і фагів утворюють вольтові частинки

Anthropic повідомила про результати 4 листопада 2026 року: родичі основного білка вольта у прокаріотів і бактеріофагів здатні складатися у вольтові частинки, якщо їх виробляти в E. coli. Claude допоміг команді визначити структуру оболонки бактеріофагового походження з номінальною роздільною здатністю 3,2 ангстрема.

Вольтові частинки — це великі порожнисті білкові оболонки, біологічна функція яких досі невідома. Вирощування споріднених частинок у бактеріях дає дослідникам змогу працювати з системою, що швидше росте, і досліджувати їхнє складання, вміст і походження. За описом Anthropic, результат L05 — це перша тривимірна структура вольтової частинки, виявленої в прокаріотичних клітинах. Ця робота встановлює принципи складання й архітектуру частинки, але її біологічна функція залишається невідомою.

Від пошуку білків до підтвердження наявності вольтових частинок

За допомогою Claude Science дослідники шукали в базі даних, що містить приблизно 15 мільярдів передбачених білків. Вони виявили гомологи основного білка вольта у 29 типах бактерій і чотирьох типах архей, хоча ці білки траплялися менш ніж у 1% видів із секвенованими геномами. Отже, пошук показав, що ці білки рідкісні, але широко поширені.

Перш ніж перейти до найперспективніших кандидатів і перевірити їх у E. coli, дослідники відібрали 44 білки для тестування експресії без клітин. П’ятнадцять із 24 кандидатів дали розчинний білок, а сім із цих 15 утворили частинки, схожі на вольтові, за даними електронної мікроскопії. Кріоелектронна мікроскопія підтвердила вольтоподібну форму чотирьох із них: два походили від фагів і два — від бактерій.

Для детального структурного аналізу обрали частинку L05 фагового походження, оскільки вона була однією з найкращих за здатністю формувати повністю замкнені частинки. Завдяки цьому проєкт перейшов від виявлення бочкоподібних об’єктів на мікроскопічних зображеннях до вивчення того, як поєднуються окремі білкові ланцюги та в яких місцях можна змінювати оболонку.

Конструювання оболонки L05

L05 містить 96 копій одного білка — по 48 у кожній половині. Вольтові частинки ссавців містять 78 копій — по 39 у кожній половині. Кожен білок L05 має сім повторюваних сегментів стінки, тоді як основний білок вольта людини — дев’ять. У результаті оболонка коротша й ширша за людську вольтову частинку, але її внутрішній об’єм приблизно на 25% більший.

Ковпачок замикається у три етапи. У кожній групі з трьох сусідніх копій білка одна закінчується на першому ярусі, друга — на другому, а третя тягнеться до верхівки. Уздовж стінки копії однакові, але набувають різних конформацій у міру звуження ковпачка.

Щоб з’ясувати, які контакти необхідні для складання, команда створила 15 модифікованих версій L05, здебільшого змінюючи ділянки дотику сусідніх копій. Деякі поодинокі заміни поблизу шва стінки або ковпачка призводили до утворення відкритих частинок, схожих на розетки, або агрегатів замість замкнених вольтових частинок. Так дослідники визначили ділянки, необхідні для герметизації оболонки.

Подвоєння двох сегментів стінки дало L05 дев’ять повторів і призвело до утворення замкнених частинок, внутрішній об’єм яких приблизно на 20% більший. Автори вважають це свідченням того, що подвоєння повторів може змінювати розмір вольтової частинки, не перешкоджаючи її складанню, і потенційно дає змогу створювати нанокапсули з регульованим розміром. Інкапсуляція та доставка вантажу — запропоновані напрями інженерної розробки; продемонстрований результат полягає в контролі геометрії оболонки.

Роль Claude та обмеження експерименту

Кандидатні білки відібрали самі дослідники. Claude перетворив послідовності вибраних білків на послідовності ДНК, адаптовані до організмів-господарів для їхньої експресії, додав регуляторні послідовності генів і підготував конструкції до замовлення.

Очищення білка дало змогу найвиразніше порівняти тривалість процесів. За даними Anthropic, оптимізований метод гель-фільтрації скоротив час від клітин до мікроскопічної сітки приблизно до 90 хвилин, тоді як традиційний метод із градієнтом цукру, розроблений для еукаріотичних вольтових частинок, займає приблизно три дні. У колонках для розділення за розміром частинки, надто великі, щоб проникнути в пористі гранули, виходять першими, тоді як менші молекули затримуються.

Спочатку Claude заперечував проти такого підходу, оскільки білкові агрегати могли б виходити в тому самому об’ємі виключення. Згодом він допоміг обрати колонку, запропонував методи відстеження білка й перевірки утворення частинок, а також пряме завантаження вмісту лізованих клітин без попереднього очищення.

Для структурної обробки Claude працював у внутрішній системі з кількома агентами, використовуючи внутрішні обчислювальні ресурси. Він налаштував і запустив робочий процес програми з відкритим кодом RELION, а дослідники керували аналітичними рішеннями. За даними Anthropic, перша повна модель була готова через 34 години, а остаточні карти — приблизно через тиждень після початку обробки. Водночас компанія оцінює, що без цього на створення початкової моделі пішли б тижні. Проєкт тривав менше ніж чотири місяці.

Для написання коду дослідження та виконання обчислювальних аналізів використовували різні моделі й інтерфейси Claude, зокрема Claude Science і Claude Code; автори керували роботою та взяли на себе відповідальність за її зміст. За словами Anthropic, більшість етапів може виконати звичайна лабораторія, використовуючи наявні продукти Claude, хоча для паралельного кріоелектронно-мікроскопічного аналізу знадобилися сотні графічних процесорів — більше, ніж можуть мати у своєму розпорядженні багато академічних установ.

Робочий процес також призвів до серйозних помилок. В одному протоколі, написаному Claude, була зазначена добавка до поживного середовища, яка перешкоджала введенню ДНК у клітини й затримала проєкт на два тижні. Під час одного з ранніх запусків кріо-ЕМ пропустили стандартний етап, унаслідок чого отримали спотворену карту, змішану з її дзеркальним відображенням. Anthropic передала лабораторні записи дослідникам, які навчають моделі, і стверджує, що наступні моделі Claude, схоже, рідше припускалися помилок під час проєктування ДНК і краще виявляли потенційні проблеми в експериментах.

Кожна копія білка L05 також містить кишеню з невизначеною щільністю, що відповідає невідомій малій молекулі. У технічному звіті описано обчислювальний пошук серед 25 000 молекул, під час якого коензим A або його похідну визначили як можливий ліганд. Ні ідентичність молекули, ні будь-який її функціональний вплив не підтверджено.

Досі ці частинки виробляли лише в E. coli, і дослідники не перевіряли, чи утворюються вони в бактеріях і фагах, у яких ці білки трапляються природним чином. Anthropic подала технічний звіт до bioRxiv і планує пізніше оприлюднити структури та додаткові дані.

Безпосередній поступ полягає в тому, що тепер дослідники можуть експериментально контролювати родину білкових оболонок: виробляти їх у бактеріях, детально картувати та змінювати їхній розмір шляхом дублювання повторів. Однак головне питання залишається біологічним: чи допоможуть ця простіша система й невідомий ліганд пояснити функцію вольтів і чи збираються ці частинки в організмах, у яких їхні гени трапляються природним чином.