Un equipo de investigadores obtiene la primera estructura tridimensional de una bóveda proteica de origen bacteriófago, acelera su análisis con inteligencia artificial y demuestra que puede modificar su tamaño. La función biológica de estas partículas continúa siendo desconocida.
El laboratorio de ciencias biológicas de Anthropic presenta una investigación realizada con ayuda de Claude que permite reconstruir la estructura tridimensional de una partícula proteica de origen viral, relacionada con los llamados vaults o bóvedas celulares, un conjunto de estructuras descubiertas hace cuatro décadas cuya función todavía desconcierta a la comunidad científica. El trabajo, publicado por la empresa el 4 de noviembre, demuestra que proteínas emparentadas con las bóvedas humanas pueden ensamblarse en sistemas bacterianos y producir complejos de grandes dimensiones.
La investigación combina experimentos de laboratorio, análisis de secuencias genéticas y microscopía crioelectrónica con el uso de Claude en diferentes etapas del proceso. Según Anthropic, el modelo ayudó a buscar proteínas candidatas, diseñar construcciones de ADN, optimizar métodos experimentales y procesar imágenes para reconstruir las estructuras moleculares. El equipo consiguió obtener un primer modelo tridimensional en 34 horas, una tarea que, de acuerdo con sus estimaciones, normalmente habría requerido semanas de trabajo especializado.
Un misterio biológico que comenzó en 1986
Las partículas vault fueron identificadas en 1986 por los investigadores Leonard Rome y Nancy Kedersha. Se trata de grandes complejos proteicos huecos, cuya superficie recuerda a las bóvedas arquitectónicas de una catedral. Estas estructuras están presentes en numerosas células de organismos eucariotas, incluidos los seres humanos, y se encuentran entre los complejos moleculares más grandes conocidos de este tipo.
Aunque su presencia está ampliamente documentada, los científicos todavía desconocen su función exacta. Se han planteado hipótesis relacionadas con el transporte de moléculas dentro de las células, la protección frente a sustancias tóxicas y la participación en mecanismos de inmunidad innata. Sin embargo, ninguna de estas explicaciones ha sido confirmada de manera concluyente.
Una de las dificultades para estudiar estas partículas es que están ausentes de varios organismos utilizados habitualmente en experimentos genéticos, como las levaduras y las moscas de la fruta. Por ello, encontrar proteínas relacionadas en bacterias y otros microorganismos podría proporcionar sistemas experimentales más sencillos para investigar su origen, ensamblaje y posible actividad biológica.
Una estructura de 96 proteínas
El equipo de Anthropic utilizó Claude Science para explorar una base de datos de aproximadamente 15 mil millones de proteínas predichas. La búsqueda identificó proteínas relacionadas con las bóvedas en 29 grandes grupos de bacterias y cuatro de arqueas, aunque aparecen en menos del 1% de las especies cuyos genomas han sido secuenciados. La existencia de proteínas emparentadas en estos microorganismos ya había sido señalada por investigaciones anteriores, pero no se había demostrado que pudieran ensamblarse en partículas completas de tipo vault.
Los investigadores seleccionaron 44 proteínas candidatas para una primera evaluación experimental. Posteriormente, probaron 24 en bacterias Escherichia coli, de las cuales 15 produjeron proteínas solubles. Siete formaron estructuras semejantes a bóvedas y cuatro pudieron confirmarse mediante microscopía crioelectrónica. Para estudiar su arquitectura en detalle, el equipo eligió una proteína denominada L05, procedente de un bacteriófago, es decir, un virus que infecta bacterias.
La estructura resultante contiene 96 copias de una misma proteína, distribuidas en dos mitades de 48 unidades cada una. En comparación, las bóvedas de mamíferos contienen 78 copias. La nueva partícula mide aproximadamente 54 nanómetros de largo y 45 de ancho. Aunque es más corta que su equivalente en mamíferos, su geometría le permite encerrar alrededor de un 25% más de volumen.
Los científicos también experimentaron con modificaciones de la estructura. Al añadir dos segmentos repetidos a la proteína que forma sus paredes, consiguieron producir partículas de mayor tamaño y aumentar aproximadamente un 20% el volumen interno. Los resultados muestran que estas estructuras pueden modificarse experimentalmente sin perder necesariamente su capacidad de ensamblaje, una propiedad que podría resultar útil para futuras aplicaciones biotecnológicas.
Claude participa en el laboratorio y también comete errores
Uno de los aspectos centrales del trabajo es la integración de Claude en actividades que van más allá de la consulta bibliográfica. El modelo participó en el diseño de ADN y en la preparación de protocolos experimentales, además de ayudar a procesar los datos obtenidos mediante microscopía.
En una etapa de purificación, Claude propuso utilizar una columna cromatográfica y cargar directamente el contenido de células bacterianas previamente fragmentadas. Aunque los investigadores consideraron que el procedimiento podía contaminar u obstruir el equipo, decidieron probarlo. La estrategia funcionó y contribuyó a reducir de aproximadamente tres días a 90 minutos el tiempo necesario para preparar las partículas desde las células hasta las muestras destinadas a microscopía.
Para reconstruir la estructura tridimensional, Claude trabajó mediante un sistema interno de múltiples agentes con acceso a recursos de cómputo y al programa científico RELION. Bajo la dirección de los investigadores, configuró el procesamiento y ejecutó sus diferentes etapas. La primera reconstrucción estuvo disponible en 34 horas y los mapas definitivos se obtuvieron aproximadamente una semana después de comenzar el análisis. Esta parte del trabajo utilizó cientos de GPU en paralelo, una infraestructura que no necesariamente está disponible en los laboratorios académicos convencionales.
Sin embargo, Anthropic también reconoce errores relevantes. Uno de los protocolos generados por Claude incluía un aditivo en el medio de cultivo que dificultaba la introducción de ADN en las células, lo que retrasó el proyecto dos semanas. En otro momento, el modelo omitió un paso habitual del procesamiento de imágenes y produjo una reconstrucción defectuosa mezclada con su imagen especular.
De acuerdo con los investigadores, estas fallas fueron detectadas y corregidas mediante supervisión humana. El laboratorio compartió sus registros con los equipos de aprendizaje automático de Anthropic para contribuir a mejorar el comportamiento de Claude en tareas científicas. La experiencia muestra que la automatización puede acelerar procedimientos complejos, pero también introducir errores difíciles de identificar cuando los investigadores no dominan completamente una técnica.
Una nueva pista sobre la función de las bóvedas
Durante el análisis de la estructura, Claude identificó otra característica de interés: una pequeña cavidad presente en cada una de las 96 unidades proteicas contiene una molécula cuya identidad todavía no se ha determinado. Según Anthropic, el modelo observó que su forma presenta semejanzas con la coenzima A, una molécula que participa en numerosos procesos metabólicos.
La posible relación constituye únicamente una hipótesis. Los investigadores todavía no han confirmado qué molécula ocupa esas cavidades ni si su presencia está relacionada con la función biológica de las bóvedas. No obstante, el hallazgo proporciona una nueva pregunta experimental que podría orientar futuras investigaciones.
Qué falta por demostrar
El estudio presenta limitaciones importantes. Hasta ahora, las partículas fueron producidas experimentalmente en E. coli, pero el equipo no ha demostrado que se ensamblen de manera natural en las bacterias y bacteriófagos de los que proceden las secuencias analizadas. Tampoco ha determinado cuál es su función dentro de las células ni si las distintas variantes cumplen una misma tarea.
Anthropic presentó los resultados en un informe técnico remitido a bioRxiv para su publicación como preprint. Al momento del anuncio, los resultados no habían pasado por una revisión científica por pares. La empresa también indicó que publicará las estructuras y los datos adicionales de la investigación para facilitar su estudio por otros grupos.
Más allá de sus posibles aplicaciones como nanocápsulas moleculares, el trabajo ofrece un ejemplo documentado de integración de inteligencia artificial en una investigación experimental completa. Claude no sustituyó la obtención de muestras, las observaciones microscópicas ni las decisiones de los investigadores, pero sí intervino en una secuencia de tareas que tradicionalmente requieren conocimientos especializados y una considerable inversión de tiempo.
Cuarenta años después de su descubrimiento, las bóvedas celulares continúan siendo un misterio. Los resultados de Anthropic amplían el número de sistemas en los que pueden estudiarse y muestran nuevas posibilidades para la colaboración entre investigadores y modelos de inteligencia artificial, aunque todavía no resuelven la pregunta fundamental: para qué sirven estas estructuras.
