Anthropic revela a primeira estrutura 3D de partículas de vault procarióticas

A Anthropic anunciou um avanço significativo na pesquisa biológica, revelando a primeira estrutura tridimensional de uma partícula de vault derivada de células procarióticas. As partículas de vault, grandes assemblages de proteínas ocos encontrados em toda a árvore da vida, são um mistério desde a sua descoberta em 1986 por Leonard Rome e Nancy Kedersha. Apesar de décadas de estudo, sua função biológica permanece não resolvida. Esta nova pesquisa, apoiada pelo modelo de IA da Anthropic, Claude, lança luz sobre a estrutura e as possíveis aplicações dessas partículas enigmáticas.

Insights estruturais sobre os vaults procarióticos

Usando criomicroscopia eletrônica (cryo-EM), a equipe da Anthropic descobriu a estrutura de uma partícula de vault construída a partir de cópias 96 de uma única proteína derivada de bacteriófagos, designada como L05. A partícula mede aproximadamente 54 nanômetros de comprimento e 45 nanômetros de largura, encerrando cerca de 25% mais volume do que sua contraparte mamífera, apesar de ser mais curta. Ao contrário dos vaults mamíferos, que são compostos de cópias de proteínas 78 com nove repetições estruturais por cadeia, o vault procariótico apresenta sete repetições por cadeia e uma estrutura de capô final mais plana. A massa total do vault procariótico é estimada em 9.5 megadaltons, tornando-o um dos maiores casulos protéicos identificados em procariotos.

As partículas de vault foram produzidas em sistemas de laboratório com E. coli, proporcionando aos pesquisadores um modelo mais simples e rápido para estudar sua montagem e evolução. O processo de triagem da Anthropic testou proteínas 44, com sete formando partículas semelhantes a vault sob eletrônica. A criomicroscopia eletrônica confirmou formas de vault para quatro candidatos, incluindo duas proteínas bacterianas e duas derivadas de fago.

O papel do Claude na aceleração da pesquisa

A Anthropic integrou seu modelo de IA Claude em todas as etapas do processo de pesquisa. Claude auxiliou na busca de bancos de dados de proteínas, no design de construções de DNA, na otimização dos métodos de purificação e no processamento de dados de microscopia. A empresa relatou que Claude reduziu o tempo necessário para a purificação do vault de três dias para aproximadamente 90 minutos e possibilitou a criação de um primeiro modelo estrutural em 34 horas. Embora esses cronogramas de fluxo de trabalho representem números relatados pela empresa e não benchmarks controlados, eles destacam o potencial da IA para acelerar a pesquisa biológica fundamental.

Implicações e direções futuras

A descoberta das partículas de vault procarióticas abre novas avenidas para entender suas origens evolutivas e funções potenciais. Estudos anteriores mostraram que os vaults podem desempenhar papéis no transporte molecular, na proteção celular e na imunidade, mas essas hipóteses permanecem não confirmadas. O sistema procariótico simplificado pode ajudar os pesquisadores a descobrir o propósito biológico dos vaults e explorar seu uso em biotecnologia, como a engenharia de nanocápsulas para entrega de enzimas.

O Dr. Leonard Rome, que aconselhou a Anthropic nesta pesquisa, comentou: "Entender a função dos vaults ainda é enormemente desafiador. Fico feliz que a Anthropic tenha tantos dados bons. Agora, outras pessoas estarão trabalhando nesse problema ... A amplitude das descobertas da Anthropic sugere que será uma função complicada e uma jornada interessante."

A Anthropic submeteu suas descobertas ao servidor de pré-impressão bioRxiv e planeja liberar dados e estruturas adicionais para a comunidade científica. Embora a pesquisa forneça insights valiosos sobre a montagem e estrutura dos vaults, mais estudos são necessários para determinar sua montagem no hospedeiro nativo, função fisiológica e aplicações práticas.