الملخص:
في الخامس من نوفمبر، أعلنت شركة أنثروبيك عن أحدث نتائج نموذج الذكاء الاصطناعي الخاص بها كلود في مجال الأبحاث البيولوجية. بمساعدة كلود، تمكن فريق البحث في الشركة لأول مرة من حل البنية ثلاثية الأبعاد لـ Vault (جسيمات القبو) المبنية في الخلايا بدائية النواة، واختصرت عملية تنقية جزيئات البروتين التي كانت تستغرق في الأصل حوالي 3 أيام إلى 90 دقيقة. كما شارك كلود في العديد من روابط البحث العلمي مثل البحث في قاعدة بيانات البروتين، وتصميم بناء الحمض النووي، وتحليل بيانات الفحص المجهري الإلكتروني.
Vault عبارة عن مركب بروتيني مجوف كبير اكتشفه العلماء لأول مرة في عام 1986 ويوجد على نطاق واسع في الخلايا حقيقية النواة، بما في ذلك جسم الإنسان. وعلى الرغم من أن العلماء ظلوا يدرسونها منذ حوالي 40 عامًا، إلا أن وظيفتها البيولوجية المحددة لم يتم تأكيدها بعد.
حوّل فريق البحث الأنثروبي انتباهه إلى بدائيات النوى والعاثيات التي تصيب البكتيريا هذه المرة، على أمل استكشاف آلية تكوين هذه البنية البروتينية الغامضة من خلال أنظمة بيولوجية أبسط.
خلال عملية البحث، بحث كلود أولاً عن البروتينات المرتبطة بـ Vault في قاعدة بيانات تحتوي على ما يقرب من 15 مليار بروتين متوقع، ووجد أنها موزعة على 29 شعبة بكتيرية و4 شعب أثرية، ولكنها ظهرت في أقل من 1% من الأنواع التي أكملت تسلسل الجينوم.
بعد ذلك، قام فريق البحث بفحص 44 بروتينًا مرشحًا وأكمل تصميم بناء الحمض النووي والتحسين التجريبي بمساعدة كلود. وفي النهاية، وجد الباحثون أن سبعة من البروتينات كانت قادرة على تكوين جسيمات تشبه Vault، وأكدوا بنية أربعة جسيمات من خلال المجهر الإلكتروني المبرد.
ينصب تركيز هذا التحليل على بروتين مشتق من العاثيات يسمى L05. ووجد الباحثون أن بنية Vault التي تتكون من تجميعها تحتوي على 96 وحدة فرعية متطابقة من البروتين، بينما يتكون Vault البشري عادة من 78 وحدة فرعية رئيسية من البروتين الهيكلي.
يبلغ طول بنية البروتين المكتشفة حديثًا حوالي 54 نانومترًا وعرضها 45 نانومترًا. وعلى الرغم من أنه أقصر من المدفن البشري، إلا أن حجمه الداخلي يزيد بحوالي 25% لأن شكله أقرب إلى الكرة.
ما يستحق المزيد من الاهتمام هو التحسن الذي حققه كلود في كفاءة البحث العلمي.
عادةً ما تستغرق عملية تنقية جزيئات Vault التقليدية حوالي 3 أيام. ساعد كلود الباحثين في تحسين الخطة التجريبية، باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم، واقترح تحميل محتويات الخلايا المكسورة مباشرة في العمود الكروماتوغرافي، مما أدى في النهاية إلى ضغط الوقت من معالجة الخلايا إلى تحضير عينات الفحص المجهري إلى حوالي 90 دقيقة.
في التحليل الهيكلي اللاحق، أطلق كلود على البرنامج مفتوح المصدر اسم RELION من خلال النظام الداخلي متعدد الوكلاء واستخدم موارد الحوسبة لمعالجة بيانات cryo-EM. وبتوجيه من الباحثين البشريين، حصل الفريق على أول نموذج هيكلي كامل خلال 34 ساعة فقط، وتم الانتهاء من الخريطة الهيكلية النهائية بعد حوالي أسبوع. تقدر الأنثروبيك أن العمل سيستغرق عادةً أسابيع في ظل العمليات التقليدية.
استغرق المشروع البحثي بأكمله أقل من 4 أشهر. ساعد كلود أيضًا الباحثين في تصميم 15 نوعًا مختلفًا من البروتين، ومن خلال تكرار بعض الأجزاء المتكررة في البروتين، نجح في بناء جزيئات Vault ذات حجم داخلي تمت زيادته بنسبة 20% تقريبًا.
تعتقد شركة Anthropic أن هذا البحث لن يساعد فقط في فهم آلية تجميع هياكل البروتين المعقدة، ولكنه قد يوفر أيضًا أساسًا بحثيًا للاستخدام المستقبلي لـ Vault كحامل نانوي لتوصيل الإنزيمات وأغراض أخرى. ومع ذلك، لم يتم بعد إثبات هذه التطبيقات المحتملة في الممارسة العملية.
كشف البحث أيضًا عن القيود المفروضة على مشاركة الذكاء الاصطناعي في التجارب العلمية. كشفت أنثروبيك أن كلود صمم ذات مرة بروتوكول زراعة الخلايا الذي يسبب مشاكل، مما تسبب في تأخير المشروع لمدة أسبوعين. في المعالجة المبكرة لبيانات المجهر الإلكتروني المبرد، تخطى كلود أيضًا الخطوات القياسية لإنشاء خريطة هيكلية معيبة، والتي اكتشفها الباحثون في النهاية وصححوها.
أكدت أنثروبيك أن كلود لم يكمل جميع الأبحاث بشكل مستقل، ولكنه تولى مهام مثل البحث في قاعدة البيانات والتصميم التجريبي ومعالجة البيانات تحت إشراف العلماء. لا يزال الباحثون بحاجة إلى إصدار أحكام حول البروتوكولات التجريبية والنتائج التحليلية.
بالإضافة إلى ذلك، قام فريق البحث فقط ببناء جزيئات Vault هذه في نظام الإشريكية القولونية في المختبر ولم يثبت بعد أنها ستتشكل في البكتيريا الطبيعية أو العاثيات المقابلة. تظل الوظيفة البيولوجية الحقيقية لـ Vault أيضًا لغزًا لم يتم حله.
ذكرت شركة Anthropic أنه تم تقديم نتائج الأبحاث ذات الصلة إلى bioRxiv كنسخة أولية، وتخطط لمزيد من الكشف عن النموذج الهيكلي والبيانات التجريبية.
التعليقات