- Claude hat in 64 Stunden über 318.000 Protein-Designs generiert, 17 davon bestanden den Test.
- Jährlich sind mindestens 1,2 Millionen Menschen von Skorpionstichen betroffen, was zu über 3.250 Todesfällen führt.
- Die Forschung konzentriert sich auf fünf verschiedene Skorpionneurotoxine aus unterschiedlichen Regionen.
- Weitere Tests müssen die Neutralisierung der Toxine, Sicherheit und therapeutische Wirksamkeit untersuchen.
Claude hat in nur 64 Stunden über 318.000 Protein-Designs generiert, von denen 17 durch Labortests zur Bindung an gefährliche Skorpionneurotoxine bestanden haben. Dies könnte die Forschung an Antiveninen beschleunigen. Die Studie wurde durch Citrini Research unterstützt und die Labortests wurden von Adaptyv Bio und Twist Bioscience durchgeführt. Insgesamt wurden 211 ausgewählte Designs getestet, von denen 17 strengen Bindungsstandards entsprachen.
Frühe Schritte in der Antiveninentwicklung
Die stärksten Kandidaten zeigten eine Bindungsaffinität an mexikanisches Skorpiongift auf dem Niveau von Nanomol, was auf enge molekulare Interaktionen hinweist. Diese Ergebnisse markieren frühe Schritte in der potenziellen Entwicklung von Antiveninen, jedoch nicht in Richtung sofort einsetzbarer Therapien.
Jährlich sind mindestens 1,2 Millionen Menschen von Skorpionstichen betroffen, was zu über 3.250 Todesfällen führt, hauptsächlich in Regionen mit begrenzten medizinischen Ressourcen. Die bestehenden Antivenine werden in der Regel durch Immunisierung von Tieren (einschließlich Pferden) zur Antikörpergewinnung hergestellt, ein Prozess, der Monate in Anspruch nehmen kann und dessen therapeutische Wirksamkeit nur auf einen begrenzten Bereich von Toxinen abzielt. Um diese Einschränkungen zu überwinden, hat Anthropic das interne Modell Claude beauftragt, kleine Bindungsproteine (minibinders) zu entwerfen, die speziell für die Bindung an bestimmte Ziele konzipiert sind.
Das Projekt konzentriert sich auf fünf Skorpionneurotoxine aus Mexiko, Brasilien, Nordafrika und dem Nahen Osten.
Bindungstests der Kandidaten
Claude arbeitete hauptsächlich autonom und generierte mit 12 Protein-Design-Tools 318.484 Kandidaten und berechnete 553.052 Kombinationen von Proteinen und Toxinen. Das Projekt verbrauchte etwa 10.000 GPU-Stunden. Nach den ersten Eingaben und vier nachfolgenden Eingaben wählte Claude 180 Designs für Labortests aus. Die Forscher fügten dann mit Unterstützung des Modells weitere 31 Designs hinzu. Die endgültigen 211 Kandidaten umfassten sowohl Proteine, die speziell auf ein einzelnes Toxin abzielen, als auch solche, die darauf abzielen, mehrere Toxine gleichzeitig zu binden.
Adaptyv Bio und Twist Bioscience verwendeten unterschiedliche labortechnische Methoden zur Herstellung dieser Proteine und maßen den Bindungsgrad mittels der Oberflächenplasmonenresonanztechnik, die die Stärke der molekularen Bindung und die Geschwindigkeit ihrer Trennung verfolgt.
Um qualifiziert zu sein, musste jeder Kandidat in beiden Laboren eine stabile Bindungsstärke zeigen, die festgelegte Affinitätsgrenzen erfüllen und keine nachweisbare Bindung an die als Kontrolle verwendeten irrelevanten menschlichen Proteine zeigen. Letztendlich erfüllten 17 Designs diese Anforderungen, darunter 7, die auf mexikanisches Skorpiongift Cn2, 4 auf AaH I und AaH II sowie 2 auf LqhIII abzielten. Alle Multitoxin-Designs konnten kein erfolgreiches Targeting auf mehr als ein Toxin nachweisen. Von den 60 Designs, die speziell für ein einzelnes Toxin entwickelt wurden, waren 11 erfolgreich, was einer Trefferquote von etwa 18 % entspricht.
Die beiden Hauptkandidaten Cn2-B1 und Cn2-B2 zeigten eine besonders starke Bindungsstärke. Wettbewerbsversuche zeigten, dass ihre Bindungsstellen nahe denen der Antikörper lagen, die zuvor in Mäusen gezeigt hatten, dass sie Cn2 neutralisieren können. Dennoch wurden die Bindungstests nur mit im Labor hergestellten Toxinen durchgeführt, und es wurden keine Tests mit Toxinen durchgeführt, die aus Skorpionen extrahiert wurden, sodass noch nicht geklärt ist, ob diese Kandidaten die Aktivität der Toxine in Zellen verhindern oder Tiere schützen können.
Weitere Tests müssen die Neutralisierung der Toxine, Sicherheit, Stabilität und therapeutische Wirksamkeit untersuchen, bevor eine klinische Entwicklung in Betracht gezogen werden kann. Anthropic veröffentlicht alle 211 Designs, prognostizierten Strukturen und Testergebnisse, um weitere Forschungen zu unterstützen. Das Unternehmen hat seine Erkenntnisse in einem technischen Bericht detailliert dargelegt, anstatt sie in einem peer-reviewed Journal zu veröffentlichen.
Claudes Beitrag zur Antiveninforschung
Claudes Forschung bietet neue Ansätze zur Entwicklung von Antischlangengiftseren, insbesondere angesichts der Herausforderungen bestehender Behandlungsmethoden. Jährlich sind viele Menschen von Skorpionstichen betroffen, weshalb eine schnelle und effektive Entwicklung von Antiveninen von entscheidender Bedeutung ist. Die von Claude generierten Protein-Designs sind nicht nur zahlreich, sondern auch präzise auf spezifische Toxine zugeschnitten, was den Weg für zukünftige Therapien ebnen könnte. Obwohl weitere Tests erforderlich sind, um ihre tatsächliche Wirksamkeit zu bestimmen, zeigt diese Studie das Potenzial von Künstlicher Intelligenz im Bereich der Biomedizin.