Anthropic dùng Claude để cho thấy protein của vi khuẩn và thể thực khuẩn hình thành các cấu trúc vault

Anthropic công bố kết quả vào ngày 4 tháng 11 năm 2026, cho thấy các protein tương đồng với protein vault chính ở sinh vật nhân sơ và thể thực khuẩn có thể tự lắp ráp thành các hạt vault khi được sản xuất trong E. coli. Claude đã giúp nhóm nghiên cứu lập bản đồ một lớp vỏ có nguồn gốc từ thể thực khuẩn ở độ phân giải danh định 3,2 angstrom.

Vault là những lớp vỏ protein rỗng, kích thước lớn, có chức năng sinh học vẫn chưa được biết rõ. Việc tạo ra các hạt tương tự trong vi khuẩn giúp các nhà nghiên cứu có một hệ thống phát triển nhanh hơn để tìm hiểu quá trình lắp ráp, thành phần bên trong và nguồn gốc của chúng. Anthropic mô tả kết quả L05 là cấu trúc 3D đầu tiên của một hạt vault được tìm thấy trong tế bào nhân sơ. Công trình xác định được cách lắp ráp và kiến trúc của cấu trúc này, nhưng chức năng sinh học vẫn chưa được làm sáng tỏ.

Từ tìm kiếm protein đến xác nhận cấu trúc vault

Sử dụng Claude Science, các nhà nghiên cứu tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu gồm khoảng 15 tỷ protein được dự đoán. Họ tìm thấy các protein tương đồng với protein vault chính ở 29 ngành vi khuẩn và bốn ngành cổ khuẩn, dù những protein này chỉ xuất hiện ở chưa đến 1% số loài có bộ gen đã được giải trình tự. Vì vậy, kết quả tìm kiếm cho thấy các protein này hiếm gặp nhưng phân bố rộng.

Các nhà nghiên cứu chọn 44 protein để thử nghiệm biểu hiện không tế bào trước khi đưa những ứng viên triển vọng nhất vào E. coli. Trong số 24 ứng viên, 15 tạo ra protein hòa tan; bảy trong số đó hình thành các hạt giống vault khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi điện tử lạnh xác nhận hình dạng vault ở bốn hạt, trong đó hai hạt có nguồn gốc từ thể thực khuẩn và hai hạt từ vi khuẩn.

Hạt L05 có nguồn gốc từ thể thực khuẩn được chọn để phân tích cấu trúc chi tiết vì đây là một trong những hạt có khả năng hình thành các cấu trúc hoàn chỉnh, khép kín tốt nhất. Nhờ lựa chọn này, dự án không chỉ dừng ở việc phát hiện các vật thể hình thùng trong ảnh hiển vi mà còn khảo sát cách các chuỗi protein riêng lẻ khớp với nhau và những vị trí có thể điều chỉnh trên lớp vỏ.

Thiết kế lớp vỏ L05

L05 gồm 96 bản sao của một protein, được sắp xếp thành 48 bản sao ở mỗi nửa. Vault ở động vật có vú gồm 78 bản sao, với 39 bản sao ở mỗi nửa. Mỗi protein L05 có bảy đoạn thành lặp lại, so với chín đoạn ở protein vault chính của người. Lớp vỏ tạo thành thấp hơn và rộng hơn vault ở người, nhưng bao bọc thể tích lớn hơn khoảng 25%.

Phần chóp khép lại qua ba bước. Trong mỗi nhóm gồm ba bản sao protein liền kề, một bản sao kết thúc ở tầng thứ nhất, bản sao khác kết thúc ở tầng thứ hai, còn bản sao thứ ba kéo dài đến đỉnh. Các bản sao giống hệt nhau dọc theo thành vỏ, nhưng có cấu hình khác nhau khi phần chóp thu hẹp lại.

Để tìm hiểu những điểm tiếp xúc nào cần thiết cho quá trình lắp ráp, nhóm nghiên cứu tạo 15 phiên bản L05 đã biến đổi, chủ yếu bằng cách thay đổi các vị trí tiếp xúc giữa những bản sao liền kề. Một số thay thế đơn lẻ gần đường nối của thành vỏ hoặc phần chóp tạo ra các hạt mở, dạng hoa thị hoặc các tập hợp kết tụ thay vì vault khép kín, qua đó xác định những vùng cần thiết để đóng kín lớp vỏ.

Việc nhân đôi hai đoạn thành giúp L05 có chín đoạn lặp và tạo ra các hạt khép kín với thể tích bên trong lớn hơn khoảng 20%. Các tác giả xem đây là bằng chứng cho thấy có thể điều chỉnh kích thước vault bằng cách nhân đôi các đoạn lặp mà không cản trở quá trình lắp ráp, mở ra một hướng tiềm năng để tạo các vi nang nano có kích thước tùy chỉnh. Đóng gói và vận chuyển hàng hóa bên trong được đề xuất như những hướng phát triển kỹ thuật; kết quả đã chứng minh là khả năng kiểm soát hình dạng hình học của lớp vỏ.

Vai trò của Claude và những giới hạn của thí nghiệm

Các nhà nghiên cứu tự lựa chọn những protein ứng viên. Claude chuyển các trình tự protein đã chọn thành các thiết kế DNA phù hợp với vật chủ biểu hiện tương ứng, bổ sung các trình tự điều hòa gen và chuẩn bị thiết kế để đặt hàng.

Quá trình tinh sạch cho thấy một trong những khác biệt về thời gian rõ rệt nhất. Anthropic cho biết phương pháp sắc ký loại trừ kích thước đã được tối ưu hóa giúp rút ngắn thời gian từ tế bào đến lưới hiển vi xuống còn khoảng 90 phút, so với khoảng ba ngày khi dùng phương pháp gradient đường thông thường được phát triển cho vault ở sinh vật nhân thực. Trong các cột phân tách kích thước, những hạt quá lớn không thể đi vào các hạt xốp sẽ ra khỏi cột trước, còn các phân tử nhỏ hơn bị giữ lại lâu hơn.

Ban đầu, Claude phản đối cách tiếp cận đó vì các tập hợp protein có thể thoát ra ở cùng thể tích loại trừ. Sau đó, Claude hỗ trợ đề xuất một cột, các phương pháp theo dõi protein và kiểm tra sự hình thành hạt, cũng như việc nạp trực tiếp phần bên trong tế bào đã bị phá vỡ mà không cần tinh sạch trước.

Để xử lý cấu trúc, Claude hoạt động trong một môi trường điều phối đa tác nhân nội bộ, sử dụng tài nguyên máy tính nội bộ. Claude thiết lập và chạy quy trình RELION mã nguồn mở, trong khi các nhà nghiên cứu định hướng những quyết định phân tích. Anthropic cho biết mô hình đầy đủ đầu tiên sẵn sàng sau 34 giờ và các bản đồ cuối cùng được hoàn tất khoảng một tuần sau khi bắt đầu xử lý; theo ước tính, nếu không có Claude thì mô hình ban đầu sẽ mất nhiều tuần mới hoàn thành. Dự án kéo dài chưa đầy bốn tháng.

Nhiều mô hình và giao diện Claude, trong đó có Claude Science và Claude Code, đã được dùng để viết mã cho nghiên cứu và thực hiện các phân tích tính toán; các tác giả chỉ đạo công việc và chịu trách nhiệm về nội dung. Anthropic cho biết hầu hết các bước đều có thể được một phòng thí nghiệm thông thường thực hiện bằng những sản phẩm Claude hiện có, dù phần phân tích cryo-EM song song sử dụng hàng trăm GPU, vượt quá số lượng mà nhiều cơ sở học thuật có thể tiếp cận.

Quy trình này cũng dẫn đến những sai sót đáng kể. Một quy trình do Claude soạn đã chỉ định thêm một chất phụ gia vào môi trường nuôi cấy, nhưng chất này cản trở việc đưa DNA vào tế bào, khiến dự án chậm tiến độ hai tuần. Một lần chạy cryo-EM ban đầu đã bỏ qua một bước tiêu chuẩn và tạo ra bản đồ sai lệch, bị trộn lẫn với ảnh phản chiếu của chính nó. Anthropic đã chia sẻ các ghi chép trong phòng thí nghiệm với các nhà nghiên cứu huấn luyện mô hình và cho biết các mô hình Claude ra đời sau đó dường như mắc ít lỗi thiết kế DNA hơn và xác định các vấn đề tiềm ẩn trong thí nghiệm hiệu quả hơn.

Mỗi bản sao protein L05 cũng có một hốc chứa tín hiệu mật độ chưa được giải thích, bắt nguồn từ một phân tử nhỏ chưa xác định. Báo cáo kỹ thuật mô tả một cuộc tìm kiếm bằng phương pháp tính toán trên 25.000 phân tử, qua đó xác định coenzyme A hoặc một dẫn xuất của nó là phối tử ứng viên. Danh tính của phân tử cũng như bất kỳ hệ quả chức năng nào đều chưa được xác nhận.

Cho đến nay, các hạt này chỉ được tạo ra trong E. coli, và các nhà nghiên cứu chưa kiểm tra xem chúng có hình thành ở những vi khuẩn và thể thực khuẩn nơi các protein này xuất hiện tự nhiên hay không. Anthropic đã gửi báo cáo kỹ thuật cho bioRxiv và dự định công bố các cấu trúc cùng dữ liệu bổ sung sau này.

Tiến bộ trước mắt là khả năng kiểm soát thực nghiệm đối với một họ vỏ protein, hiện có thể được tạo ra trong vi khuẩn, lập bản đồ chi tiết và điều chỉnh kích thước bằng cách nhân đôi các đoạn lặp. Câu hỏi lớn hơn vẫn thuộc về sinh học: liệu hệ thống đơn giản hơn này cùng phối tử chưa xác định có thể giúp giải thích chức năng của các khoang rỗng hay không, và liệu các hạt này có tập hợp trong những sinh vật nơi các gen của chúng xuất hiện tự nhiên hay không.