Компания Anthropic использовала свою модель искусственного интеллекта Claude, чтобы показать, что бактерии и вирусы также, вероятно, создают эти необычные структуры, что предполагает их древнее происхождение.
Искусственный интеллект (ИИ) разгадал загадку, которая десятилетиями ставила в тупик клеточных биологов. На днях компания Anthropic сообщила, что её ключевая модель ИИ, Claude, помогла обнаружить новые подсказки о странных бочкообразных органеллах, существующих тысячами в клетках животных и растений, функция которых до сих пор неизвестна, несмотря на многочисленные исследования. В соответствующей препринтной статье Anthropic описывает, как её небольшая команда штатных биологов под руководством Claude получила первые прямые доказательства того, что бактерии, вирусы и, возможно, другие простые микробы также создают эти необычные структуры. «Мы использовали Claude на всех основных этапах [исследования]. Claude был своего рода сверхчеловеком в области вычислительной биологии, советником и партнёром по мозговому штурму», — рассказал молекулярный биолог Мэтью Дюррант.
Результаты компании не объясняют, для чего нужны эти органеллы, но они подкрепляют убеждение, что их функции хранилищ возникли на ранних этапах эволюции жизни. Несмотря на то что эти органеллы были обнаружены 35 лет назад, ученые до сих пор не знают, зачем они нужны. О них редко пишут в университетских учебниках, а в русском языке до сих пор нет адекватной замены английскому термину vault, который переводится как «свод», «хранилище» или «сокровищница». В эукариотах, растениях, животных и других формах жизни, сложные клетки которых содержат ядра и другие специализированные внутренние компартменты, находятся 78 копий так называемого основного белка хранилищ (major vault protein - MVP). Эти белки образуют оболочку, которая, по-видимому, в основном полая, за исключением некоторых других внутренних белков и связанных с ними нитей РНК. Биологи выдвинули десятки гипотез о функции этих органелл, многие из которых основывались на идее, что они перемещают грузы внутри клетки. Но ни одна из них не была подтверждена и некоторые данные свидетельствуют о том, что эти органеллы не являются жизненно необходимыми. Например, у мышей отключение гена MVP не вызывает очевидных проблем со здоровьем.
Были убедительные доказательства того, что некоторые прокариоты — более простые одноклеточные формы жизни, включая бактерии и археи, — и даже вирусы тоже образуют эти органеллы. Биологи обнаружили микробные генетические последовательности, кодирующие молекулы, подобные MVP, но они не подтвердили, что эти молекулы действительно собираются в хранилища. Ученые Anthropic использовали Claude для анализа внутренней базы данных, содержащей 15 миллиардов белков, предсказанных на основе общедоступных генетических последовательностей, собранных другими исследователями по всему миру. Искусственный интеллект обнаружил потенциальные MVP в 29 основных группах бактерий, четырех группах архей и в бактериофагах — вирусах, инфицирующих бактерии. Это неудивительно, говорит эволюционный биохимик Эдвард Маркотт, учитывая ранее опубликованные данные от нескольких групп.
Еще более впечатляет то, что команда Anthropic показала, что кандидаты в MVP могут образовывать хранилища. Искусственный интеллект разработал гены для 44 предполагаемых белков хранилищ, которые исследователи отобрали по совету Claude. Затем они экспрессировали эти гены в бактериях Escherichia coli. Пятнадцать из этих генов в конечном итоге продуцировали растворимые белки, которые можно было очистить, и семь из них, как показала электронная микроскопия, собрались в то, что выглядит как хранилища. «Это огромный шаг вперед», — считает Луис-Эдуардо Дель-Бем, специалист по эволюционной геномике из Университета Сан-Паулу, чья группа ранее сообщала о генах предполагаемых белков хранилищ в бактериофагах кишечника человека. Создание прокариотических хранилищ в бактериях может предложить более простую систему для окончательного определения функции структуры, добавляет он.
Команда Anthropic также тщательно проанализировала структуру, созданную белком хранилища под названием L05, из фагов. В капсулах, созданных кишечной палочкой из этого белка, содержалось 96 копий L05, в отличие от 78 MVP в капсулах человека. Получившаяся оболочка была короче и просторнее, чем стандартная лимонообразная капсула человека, больше напоминая яйцо. Компания Anthropic также сообщила о модификации L05 для создания еще больших капсул. Это может быть полезно для исследователей, которые надеются использовать оболочки для доставки лекарств или других веществ в организм. Однако в Anthropic заявляют, что главной мотивацией для новой работы было тестирование того, как их продукты на основе ИИ могут помочь ученым. «Наша цель — ускорить научные открытия», — говорит Эрик Каудерер-Абрамс, руководитель отдела биологических наук Anthropic.
Дюррант говорит, что недавно узнал о хранилищах от друзей и из социальных сетей — «Я был удивлен, что не слышал о них раньше в своей карьере» — и подумал, что это будет хорошей проверкой способностей Claude. Компания признает, что ИИ не был идеальным, иногда предлагая идеи, которые не работали, и тратя впустую усилия лаборатории. В какой-то момент исследователи попросили его прекратить импровизировать, дав команду: «Пожалуйста, давайте делать обычные вещи». Но Дюррант отмечает, что Claude предложил идеи, которые ускорили очистку хранилищ, сократив процесс, который обычно занимает 3 дня, примерно до 90 минут. Anthropic также утверждает, что Claude потребовалось всего 34 часа, чтобы превратить изображения, полученные с помощью электронной микроскопии, вновь обнаруженных хранилищ в структурную модель — процесс, который в противном случае мог бы занять недели.
Обьем данных об этих органеллах, собранных Anthropic всего за несколько месяцев работы впечатляет - это эквивалент нескольких лет работы одного или нескольких исследователей. Трудно точно сказать, какая часть заслуги принадлежит Claude, а какая — огромным финансовым ресурсам Anthropic — компания привлекла миллиарды долларов от инвесторов. Anthropic отказалась предоставить оценку стоимости лабораторных работ или вычислительного времени Claude на проекте. Дюррант говорит, что эта работа является частью более широкой задачи его группы. «Мы хотим решать одни из самых сложных проблем в биологии», — говорит он.
В сентябре Anthropic опубликовал свои первые результаты, в которых Claude, проведя поиск в той же обширной базе данных белков, обнаружил потенциальных членов семейства ферментов, называемых обратной транскриптазой. Некоторые сторонние биологи высоко оценили работу, но другие назвали её неполной, поскольку Anthropic фактически не подтвердила, что новые белки могут действовать как обратные транскриптазы. Более того, Марио Родригес Местре, специалист по вычислительной биологии из Копенгагенского университета, рассказал, что он уже обнаружил те же белки с помощью Claude в рамках своей диссертации. Это вызвало опасения, что ИИ не идентифицировал ферменты самостоятельно, а использовал информацию, якобы предоставленную конфиденциально.
Новые данные Anthropic усилили подозрения Местре. Он говорит, что в рамках другой части своей диссертации он разрабатывал компьютерную программу для моделирования сборки предполагаемых бактериальных и вирусных MVP в хранилища — и снова использовал данные Claude. «Два совпадения из двух кажутся мне слишком большим совпадением», — говорит он. Но Anthropic утверждает, что ни одна из работ Местре не повлияла на их анализ. В ответ на его прежние опасения, компания сообщила, что «Claude… не был обучен работе с пользовательскими транскриптами и у нашей команды молекулярных биологов тоже нет к ним доступа». Биоинформатик Южэнь Е говорит, что новая работа с этими органеллами «более захватывающая», чем результаты Anthropic по обратной транскриптазе, но отмечает, что эта работа в равной степени, если не в большей, зависела от традиционных биологических экспериментов, чем от ИИ. «Человеческий фактор по-прежнему имеет большое значение», — говорит Е.
Разочарованы ли ученые Anthropic тем, что они и их ИИ до сих пор не полностью разгадали секрет хранилищ? «Это сводит меня с ума. У них должна быть какая-то интересная функция», — говорит Каудерер-Абрамс. Он надеется, что новые открытия привлекут больше людей к этой загадке, которая стала его навязчивой идеей на протяжении всей карьеры. Он говорит, что ему всё равно, кто решит проблему функционирования хранилищ — его группа или какая-то другая, — главное, чтобы это было сделано в ближайшее время. «Я надеюсь, что это будет настолько важно, что кто-то получит Нобелевскую премию».
