ШІ Claude виявив у фагах нову систему ферментів, схожу на CRISPR

Модель штучного інтелекту Claude від компанії Anthropic допомогла знайти раніше невідомий ферментний комплекс у бактеріофагах, аналізуючи величезні масиви генетичних даних. Про це повідомляє видання Interesting Engineering. Нову систему назвали array-associated reverse transcriptase (ART) — вона поєднує зворотну транскриптазу, сусідній ген-партнер і довгий ланцюг рівномірно розташованих повторів ДНК, що робить її схожою на відомі CRISPR-системи.

Дослідники наголошують, що поки невідомо, яку саме функцію виконує ART і чи здатна вона до редагування геному. Однак сама побудова системи вказує на можливий новий тип молекулярного «інструменту», захованого в геномах фагів.

Як Claude шукав нові біологічні системи

Систему ART виявили під час аналізу ДНК-послідовностей у межах нового біомедичного напрямку Anthropic. Приблизно 950 агентів Claude протягом 21 години опрацьовували геномні дані, використавши близько 210 мільйонів токенів. Вони «зібрали» понад 200 000 зворотних транскриптаз і на основі цих даних виявили близько 3 500 кандидатних систем, з яких зрештою відібрали 20 для детального аналізу людиною.

У компанії зазначають, що подібне геномне «видобування» інформації в ручному режимі могло б зайняти в експертного біолога тижні або навіть місяці. ШІ-агенти значно прискорили первинний пошук цікавих структур у ДНК.

Незвичайні повтори поряд із ферментом

Один з агентів Claude зосередився на нетиповій родині зворотних транскриптаз і почав детально вивчати навколишню ділянку ДНК. Поруч із геном зворотної транскриптази він виявив тандемний масив повторів — довгу послідовність коротких фрагментів ДНК, які рівномірно повторюються. Раніше така конфігурація не привертала уваги дослідників.

Агент підрахував кількість повторів, оцінив відстані між ними, порівняв цю архітектуру з відомими системами, що містять зворотні транскриптази, а також «переглянув» наукову літературу на предмет подібних описів. Після цього Claude позначив послідовність як потенційно нову біологічну систему для подальшої перевірки людьми.

Сама зворотна транскриптаза не була новою — раніше її вже знаходили в так званому джамбо-фазі. Новизна стосується ширшого оточення цього ферменту: некодуючого масиву повторів і додаткового білка, функція якого поки що залишається невідомою.

Подібність до CRISPR і перші експерименти

Перші лабораторні досліди показали, що масив повторів ART зчитується у вигляді кількох окремих коротких РНК. Це привернуло увагу вчених, адже CRISPR-масиви теж генерують РНК, які роблять CRISPR-Cas системи програмованими — дозволяють «націлюватися» на конкретні послідовності ДНК.

Втім, дослідники підкреслюють: поки що не доведено, що ART працює як CRISPR. Її біологічна роль залишається невідомою, і тривають експерименти, щоб з’ясувати, що саме роблять зворотна транскриптаза, допоміжний білок і РНК, що утворюються з повторів.

За даними Anthropic, комбінація ознак ART нагадує невелику групу раніше описаних біологічних систем, здатних до програмованих операцій з ДНК — таких як розрізання, копіювання чи вставка генетичного матеріалу. Це робить ART перспективним об’єктом для подальших досліджень.

Оцінка від експертів і роль ШІ в лабораторії

Піонер CRISPR-редагування геному, професор Массачусетського технологічного інституту та Інституту Броуда Фен Чжан (Feng Zhang) після ознайомлення з роботою заявив, що відкриття заслуговує на подальше вивчення. На його думку, виявлення масивів РНК-повторів, пов’язаних зі зворотними транскриптазами, є справді інтригуючим прикладом того, як ШІ може сприяти біологічним відкриттям.

Anthropic також створила молекулярно-біологічну лабораторію в районі затоки Сан-Франциско, де перевіряють кандидатні системи, знайдені за допомогою обчислювальних пошуків. Усі експерименти виконують людські науковці, а Claude використовують для аналізу геномних наборів даних, формулювання гіпотез, відбору кандидатів та інтерпретації результатів.

Робота над ART перебуває на ранній стадії. Дослідники намагаються з’ясувати її біологічну функцію та те, чи може незвичайна архітектура системи в майбутньому стати основою для нових біотехнологічних інструментів, подібних до CRISPR, але з іншими можливостями.