Anthropic은 Claude의 생물학적 연구 결과를 발표합니다. 새로운 단백질 구조에 대한 최초의 분석으로 3일의 실험을 90분으로 단축했습니다.

요약:

11월 5일, Anthropic은 자사의 AI 모델인 Claude의 생물학 연구 분야 최신 결과를 발표했습니다. 회사 연구팀은 클로드의 도움으로 원핵세포에서 구축된 볼트(Vault 입자)의 3차원 구조를 처음으로 풀어냈고, 원래 약 3일 정도 걸리던 단백질 입자 정제 과정을 90분으로 단축했다. Claude는 또한 단백질 데이터베이스 검색, DNA 구성 설계 및 저온 전자 현미경 데이터 분석과 같은 많은 과학 연구 링크에 참여했습니다.

Vault는 1986년 과학자들에 의해 처음 발견된 크고 속이 빈 단백질 복합체로 인체를 포함한 진핵 세포에서 널리 발견됩니다. 과학자들은 약 40년 동안 이를 연구해 왔지만 구체적인 생물학적 기능은 아직 확인되지 않았습니다.

인류학 연구팀은 이번에는 박테리아를 감염시키는 원핵생물과 파지에 관심을 돌렸고, 보다 단순한 생물학적 시스템을 통해 이 신비한 단백질 구조의 형성 메커니즘을 탐구하기를 희망했습니다.

연구 과정에서 Claude는 먼저 약 150억 개의 예측 단백질이 포함된 데이터베이스에서 Vault 관련 단백질을 검색한 결과 해당 단백질이 29개의 박테리아 문과 4개의 고세균 문에 분포되어 있지만 게놈 서열 분석을 완료한 종의 1% 미만에서만 나타나는 것을 발견했습니다.

이후 연구팀은 클로드의 도움을 받아 44개의 후보 단백질을 선별하고 DNA 구축 설계와 실험 최적화를 완료했습니다. 최종적으로 연구진은 그 중 7개의 단백질이 볼트형 입자를 형성할 수 있음을 발견하고, 저온전자현미경을 통해 4개 입자의 구조를 확인했다.

이 분석의 초점은 L05라는 파지 유래 단백질에 있습니다. 연구자들은 조립에 의해 형성된 볼트(Vault) 구조가 96개의 동일한 단백질 하위 단위를 포함하고 있는 반면, 인간 볼트는 일반적으로 78개의 주요 구조 단백질 하위 단위로 구성되어 있음을 발견했습니다.

새로 발견된 이 단백질 구조는 길이가 약 54나노미터이고 너비가 45나노미터입니다. 인간 볼트에 비해 길이는 짧지만, 구형에 가까운 형태로 내부 부피가 약 25% 증가한다.

더 주목할 만한 점은 Claude의 과학 연구 효율성 향상입니다.

기존 Vault 입자 정제에는 일반적으로 약 3일이 소요됩니다. Claude는 크기 배제 크로마토그래피를 사용하여 연구원들이 실험 계획을 최적화하는 데 도움을 주었고, 파손된 세포의 내용물을 크로마토그래피 컬럼에 직접 로드하여 궁극적으로 세포 처리부터 현미경 샘플 준비까지의 시간을 약 90분으로 단축할 것을 제안했습니다.

이후 구조 분석에서 Claude는 내부 다중 에이전트 시스템을 통해 오픈 소스 소프트웨어인 RELION을 호출하고 컴퓨팅 리소스를 사용하여 cryo-EM 데이터를 처리했습니다. 인간 연구자들의 지도하에 팀은 단 34시간 만에 최초의 완전한 구조 모델을 얻었고, 약 일주일 후에 최종 구조 지도가 완성되었습니다. Anthropic은 기존 프로세스에서는 작업에 일반적으로 몇 주가 걸릴 것으로 추정합니다.

전체 연구 프로젝트는 4개월도 채 걸리지 않았습니다. Claude는 또한 연구자들이 15개의 단백질 변이체를 설계하는 데 도움을 주었고, 단백질의 반복되는 세그먼트 중 일부를 복제함으로써 내부 부피가 약 20% 더 증가된 Vault 입자를 성공적으로 구축했습니다.

Anthropic은 이 연구가 복잡한 단백질 구조의 조립 메커니즘을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 향후 Vault를 효소 전달 및 기타 목적을 위한 나노운반체로 사용하기 위한 연구 기반을 제공할 수도 있다고 믿습니다. 그러나 이러한 잠재적인 적용은 아직 실제로 입증되지 않았습니다.

이 연구는 과학 실험에 참여하는 AI의 한계도 드러냈습니다. Anthropic은 Claude가 한때 문제가 있는 세포 배양 프로토콜을 설계하여 프로젝트가 2주 지연되었다고 밝혔습니다. 초기 저온전자현미경 데이터 처리에서 Claude는 결함이 있는 구조 지도를 생성하기 위해 표준 단계도 건너뛰었는데, 이는 결국 연구원들에 의해 발견되고 수정되었습니다.

Anthropic은 Claude가 모든 연구를 독립적으로 완료한 것이 아니라 과학자들의 지도 아래 데이터베이스 검색, 실험 설계, 데이터 처리 등의 작업을 수행했다고 강조했습니다. 연구자들은 여전히 ​​실험 프로토콜과 분석 결과에 대해 판단을 내려야 합니다.

또한 연구팀은 이러한 볼트 입자를 실험실 내 대장균 시스템에서만 구축했을 뿐 해당 천연 박테리아나 파지에서 이들이 형성된다는 사실은 아직 입증하지 못했습니다. Vault의 진정한 생물학적 기능 역시 풀리지 않은 미스터리로 남아 있습니다.

Anthropic은 관련 연구 결과가 bioRxiv에 사전 인쇄로 제출되었으며, 구조 모델과 실험 데이터를 추가로 공개할 계획이라고 밝혔습니다.